C++ Rule of Three/Five/Zero

二进制之龙

2023-12-02 473 阅读4分钟

在 C++ 编程中，"Rule of Three/Five/Zero" 是关于如何正确地管理资源（如内存、文件句柄等）的指导原则。这些规则与类的特殊成员函数（复制构造函数、复制赋值运算符、移动构造函数、移动赋值运算符和析构函数）的行为有关。

Rule of Three

适用于：C++98 和之前的版本。
内容：如果你为类定义了以下任一特殊成员函数，你应该为所有三个定义：
- 复制构造函数
- 复制赋值运算符
- 析构函数
这是因为当你需要自定义一个这样的函数来管理资源时，通常意味着你需要自定义所有这三个来确保资源的正确管理。

Rule of Five

适用于：C++11 及之后的版本。

内容：规则三的扩展。如果你为类定义了任何一个复制控制成员函数（复制构造函数、复制赋值运算符或析构函数），你也应该定义剩下的四个，包括移动构造函数和移动赋值运算符。

class Resource {
public:
    Resource();                         // 构造函数
    ~Resource();                        // 析构函数
    Resource(const Resource&);          // 复制构造函数
    Resource& operator=(const Resource&); // 复制赋值运算符
    Resource(Resource&&);               // 移动构造函数
    Resource& operator=(Resource&&);    // 移动赋值运算符
};

这规则考虑到了 C++11 引入的移动语义，它允许资源的"移动"而非复制，通常能提高性能。

Rule of Zero

适用于：所有版本的 C++。
内容：尽量不定义任何特殊的成员函数，而是使用智能指针等来管理资源。

这条规则鼓励使用现代 C++ 的特性（如智能指针，如 std::unique_ptr 和 std::shared_ptr）来处理资源管理，从而避免自己处理复杂的复制控制逻辑。
```
#include <memory>

class Resource {
    std::unique_ptr<int> data;

public:
    Resource() : data(new int(42)) {}
    // 不需要显式定义复制构造函数、赋值运算符和析构函数
};
```

总结

Rule of Three：适用于传统 C++，当你需要管理资源时，需要自定义复制构造函数、复制赋值运算符和析构函数。
Rule of Five：适用于 C++11 及以后，考虑到移动语义，如果需要自定义任何复制控制函数，应该定义所有五个。
Rule of Zero：推荐使用，尽量利用现代 C++ 特性来管理资源，从而避免自己处理复制控制逻辑。

"Rule of Three/Five/Zero" 的原因及其在 C++ 资源管理中的重要性。

Rule of Three

这条规则源于 C++ 的传统资源管理方式。在引入智能指针和移动语义之前，资源（如动态分配的内存、文件句柄等）通常是手动管理的。

为什么需要 Rule of Three

复制语义：当对象被复制时（例如，通过复制构造函数或复制赋值运算符），它拥有的资源也需要被正确地复制。这通常涉及深拷贝，而不仅仅是复制指针或引用。
资源释放：当对象的生命周期结束时，它拥有的资源需要被释放（通常在析构函数中实现）。
问题：如果你只定义了其中的一个或两个特殊成员函数，可能会导致浅拷贝问题或资源泄漏。例如，如果只定义了复制构造函数而没有定义复制赋值运算符，那么赋值操作可能会导致浅拷贝问题。

Rule of Five

C++11 引入了移动语义，这使得资源管理变得更加复杂，但也更加高效。

为什么需要 Rule of Five

移动语义：移动构造函数和移动赋值运算符允许资源的所有权从一个对象转移到另一个对象，这通常比深拷贝更高效。
复制与移动的区别：如果你的类管理资源，同时提供了复制操作，那么也应该提供移动操作，因为默认的移动操作可能不适合你的资源管理策略。
完整的控制：通过定义所有五个特殊成员函数（包括析构函数），你可以精确控制对象在复制和移动时的行为，确保资源的正确管理。

Rule of Zero

这条规则是对现代 C++ 最佳实践的总结。

为什么推荐 Rule of Zero

智能指针：现代 C++ 强烈推荐使用智能指针（如 std::unique_ptr 和 std::shared_ptr）来自动管理资源。这样可以避免手动管理资源，减少出错的可能性。
自动资源管理：当使用智能指针时，资源的分配和释放会自动进行，不需要你显式编写代码来处理。
简化设计：遵循 Rule of Zero 可以使你的类设计更简洁、更安全，减少内存泄漏和其他资源管理错误的风险。

总结

Rule of Three 关注于在传统 C++ 中手动资源管理的必要性。
Rule of Five 是对 Rule of Three 的扩展，考虑到了 C++11 引入的移动语义。
Rule of Zero 是现代 C++ 的推荐做法，强调利用智能指针等机制来避免直接处理资源管理，从而简化代码并提高安全性。