C++ 中的对象销毁

Question

C++ 中的对象到底何时被销毁，这意味着什么？由于没有垃圾收集器，我是否必须手动销毁它们？例外情况如何发挥作用？

<子><我> （注意：这是Stack Overflow 的 C++ 常见问题的条目。如果您想批评这个想法以这种形式提供常见问题解答，然后开始在元上发布所有这一切都会可以在 C++ 聊天室 中监控该问题的答案，其中包含常见问题解答的想法。首先，所以你的答案很可能会被提出这个想法的人阅读。）

Answer 1

在下面的文本中，我将区分范围对象（其销毁时间由其封闭范围（函数、块、类、表达式）静态确定）和动态对象。 ，其确切的销毁时间通常要到运行时才能知道。

虽然类对象的销毁语义由析构函数确定，但标量对象的销毁始终是空操作。具体来说，破坏指针变量不会破坏指针对象。

作用域对象

自动对象

当控制流离开其定义范围时，自动对象（通常称为“局部变量”）将按照其定义的相反顺序被破坏：

void some_function()
{
    Foo a;
    Foo b;
    if (some_condition)
    {
        Foo y;
        Foo z;
    }  <--- z and y are destructed here
}  <--- b and a are destructed here

如果在函数执行期间引发异常，则先前的所有异常都会被破坏 。构造的自动对象在异常传播到调用者之前被破坏。这个过程称为堆栈展开。在堆栈展开期间，上述先前构造的自动对象的析构函数不会再出现任何异常。否则，将调用函数std::terminate。

这引出了 C++ 中最重要的准则之一：

析构函数永远不应该抛出异常。

非局部静态对象

在执行 main 后，在命名空间范围内定义的静态对象（通常称为“全局变量”）和静态数据成员将按照其定义的相反顺序被销毁：

struct X
{
    static Foo x;   // this is only a *declaration*, not a *definition*
};

Foo a;
Foo b;

int main()
{
}  <--- y, x, b and a are destructed here

Foo X::x;           // this is the respective definition
Foo y;

请注意不同翻译单元中定义的静态对象的构造（和销毁）的相对顺序是未定义的。

如果异常离开静态对象的析构函数，则调用函数 std::terminate 。

局部静态对象

函数内部定义的静态对象在控制流第一次通过其定义时（且如果）被构造。¹
它们在执行 main 后以相反的顺序被析构：

Foo& get_some_Foo()
{
    static Foo x;
    return x;
}

Bar& get_some_Bar()
{
    static Bar y;
    return y;
}

int main()
{
    get_some_Bar().do_something();    // note that get_some_Bar is called *first*
    get_some_Foo().do_something();
}  <--- x and y are destructed here   // hence y is destructed *last*

如果异常离开静态对象的析构函数，则调用函数 std::terminate。

_{1：这是一个极其简化的模型。静态对象的初始化细节实际上要复杂得多。}

基类子对象和成员子对象

当控制流离开对象的析构函数体时，其成员子对象（也称为其“数据成员”）被反向析构它们的定义顺序。之后，其基类子对象将按照与基说明符列表相反的顺序被析构：

class Foo : Bar, Baz
{
    Quux x;
    Quux y;

public:

    ~Foo()
    {
    }  <--- y and x are destructed here,
};          followed by the Baz and Bar base class subobjects

如果在 Foo 的子对象之一构造期间抛出异常，那么在传播异常之前，其先前构造的所有子对象都将被破坏。另一方面，Foo 析构函数将不会被执行，因为 Foo 对象从未被完全构造。

请注意，析构函数主体不负责析构数据成员本身。仅当数据成员是对象销毁时需要释放的资源（例如文件、套接字、数据库连接、互斥锁或堆内存）的句柄时，才需要编写析构函数。

数组元素

数组元素按降序被破坏。如果在构造第 n 个元素的过程中抛出异常，则在传播异常之前，元素 n-1 到 0 将被破坏。

临时对象

临时对象是在计算类类型的纯右值表达式时构造的。纯右值表达式最突出的示例是调用按值返回对象的函数，例如 T 运算符+(const T&, const T&)。正常情况下，当词法上包含纯右值的完整表达式被完全求值时，临时对象就会被破坏：

__________________________ full-expression
              ___________  subexpression
              _______      subexpression
some_function(a + " " + b);
                          ^ both temporary objects are destructed here

上面的函数调用 some_function(a + " " + b) 是一个完整表达式，因为它不是更大表达式的一部分（相反，它是表达式语句的一部分）。因此，在子表达式求值期间构造的所有临时对象都将在分号处被破坏。有两个这样的临时对象：第一个是在第一次加法期间构造的，第二个是在第二次加法期间构造的。第二个临时对象将在第一个临时对象之前被销毁。

如果在第二次添加期间引发异常，则在传播异常之前将正确销毁第一个临时对象。

如果使用纯右值表达式初始化本地引用，则临时对象的生命周期将扩展到本地引用的范围，因此您不会获得悬空引用：

{
    const Foo& r = a + " " + b;
                              ^ first temporary (a + " ") is destructed here
    // ...
}  <--- second temporary (a + " " + b) is destructed not until here

如果计算非类类型的纯右值表达式，则result 是一个值，而不是临时对象。但是，如果使用纯右值来初始化引用，则将构造一个临时对象：

const int& r = i + j;

动态对象和数组

在下面的部分中，“destroy X”的意思是“首先析构 X，然后释放底层内存”。
类似地，create X 的意思是“首先分配足够的内存，然后在那里构造 X”。

动态对象

通过p = new Foo 创建的动态对象通过delete p 销毁。如果您忘记删除 p，则会发生资源泄漏。您永远不应该尝试执行以下操作之一，因为它们都会导致未定义的行为：

• 通过 delete[] （注意方括号）、free 或任何其他方式
• 销毁动态对象多次
• 访问被销毁的动态对象

如果在动态对象的构造期间引发异常，则在传播异常之前释放底层内存。
（析构函数将不会在内存释放之前执行，因为该对象从未完全构造。）

动态数组

通过 p = new Foo[n] 创建的动态数组是通过 delete[] p 销毁（注意方括号）。如果您忘记delete[] p，则会发生资源泄漏。您永远不应该尝试执行以下操作之一，因为它们都会导致未定义的行为：

• 通过删除、释放或任何其他方式销毁动态数组
• 多次销毁动态数组多次
• 访问已销毁的动态数组

如果构造第n个元素期间抛出异常，则按降序顺序销毁元素n-1到0，并释放底层内存，并且异常被传播。

（对于动态数组，您通常应该更喜欢 std::vector 而不是 Foo*。它使编写正确且健壮的代码变得更加容易。）

引用计数智能

指针由多个 std::shared_ptr 对象管理的动态对象在销毁涉及的最后一个 std::shared_ptr 对象时被销毁共享该动态对象。

（对于共享对象，您通常应该更喜欢 std::shared_ptr 而不是 Foo*。这使得编写正确且健壮的代码变得更加容易。）

Answer 2

当对象的生命周期结束并被销毁时，会自动调用对象的析构函数。您通常不应该手动调用它。

我们将使用该对象作为示例：

class Test
{
    public:
        Test()                           { std::cout << "Created    " << this << "\n";}
        ~Test()                          { std::cout << "Destroyed  " << this << "\n";}
        Test(Test const& rhs)            { std::cout << "Copied     " << this << "\n";}
        Test& operator=(Test const& rhs) { std::cout << "Assigned   " << this << "\n";}
};

C++ 中存在三种（C++11 中为四种）不同类型的对象，并且对象的类型定义了对象的生命周期。

• 静态存储持续时间对象
• 自动存储持续时间对象
• 动态存储持续时间对象
• （在 C++11 中） 线程存储持续时间对象

静态存储持续时间对象

这些是最简单的，相当于全局变量。这些对象的生命周期（通常）就是应用程序的长度。它们（通常）在进入 main 之前构造，并在退出 main 后销毁（以与创建相反的顺序）。

Test  global;
int main()
{
    std::cout << "Main\n";
}

> ./a.out
Created    0x10fbb80b0
Main
Destroyed  0x10fbb80b0

注1：还有另外两种类型的静态存储持续时间对象。

类的静态成员变量。

从所有意义上和目的来看，这些变量在生命周期方面与全局变量相同。

函数内的静态变量。

这些是延迟创建的静态存储持续时间对象。它们是在第一次使用时创建的（在 C++11 的线程安全庄园中）。就像其他静态存储持续时间对象一样，它们在应用程序结束时被销毁。

构造/销毁的顺序

• 编译单元内的构造顺序已明确定义，并且与声明相同。
• 编译单元之间的构建顺序未定义。
• 破坏的顺序与构造的顺序完全相反。

自动存储持续时间对象

这些是最常见的对象类型，并且您 99% 的时间都应该使用这些对象。

这是自动变量的三种主要类型：

• 函数内的局部变量/
• 类/数组内的成员变量。
• 临时变量。

局部变量

当退出函数/块时，该函数/块内声明的所有变量都将被销毁（以创建的相反顺序）。

int main()
{
     std::cout << "Main() START\n";
     Test   scope1;
     Test   scope2;
     std::cout << "Main Variables Created\n";


     {
           std::cout << "\nblock 1 Entered\n";
           Test blockScope;
           std::cout << "block 1 about to leave\n";
     } // blockScope is destrpyed here

     {
           std::cout << "\nblock 2 Entered\n";
           Test blockScope;
           std::cout << "block 2 about to leave\n";
     } // blockScope is destrpyed here

     std::cout << "\nMain() END\n";
}// All variables from main destroyed here.

> ./a.out
Main() START
Created    0x7fff6488d938
Created    0x7fff6488d930
Main Variables Created

block 1 Entered
Created    0x7fff6488d928
block 1 about to leave
Destroyed  0x7fff6488d928

block 2 Entered
Created    0x7fff6488d918
block 2 about to leave
Destroyed  0x7fff6488d918

Main() END
Destroyed  0x7fff6488d930
Destroyed  0x7fff6488d938

成员变量

成员变量的生命周期与拥有它的对象绑定。当所有者的生命周期结束时，其所有成员的生命周期也结束。因此，您需要查看遵守相同规则的所有者的生命周期。

注意：成员总是在所有者之前按照创建的相反顺序被销毁。

• 因此，对于类成员，它们是按照声明的顺序创建的
  并以与声明相反的顺序销毁
• 因此，对于数组成员，它们按 0-->top
  的顺序创建
  并以相反的顺序销毁 top-->0

临时变量

这些是作为表达式结果创建但未分配给变量的对象。临时变量与其他自动变量一样被销毁。只是它们作用域的结束是创建它们的语句的结束（通常是“;”）。

std::string   data("Text.");

std::cout << (data + 1); // Here we create a temporary object.
                         // Which is a std::string with '1' added to "Text."
                         // This object is streamed to the output
                         // Once the statement has finished it is destroyed.
                         // So the temporary no longer exists after the ';'

注意：在某些情况下可以延长临时的寿命。
但这与这个简单的讨论无关。当你明白这份文件将成为你的第二天性时，在它延长临时文件的寿命之前，你就不想做这件事了。

动态存储持续时间对象

这些对象具有动态生命周期，通过 new 创建并通过调用 delete 销毁。

int main()
{
    std::cout << "Main()\n";
    Test*  ptr = new Test();
    delete ptr;
    std::cout << "Main Done\n";
}

> ./a.out
Main()
Created    0x1083008e0
Destroyed  0x1083008e0
Main Done

对于来自垃圾收集语言的开发人员来说，这似乎很奇怪（管理对象的生命周期）。但问题并不像看上去那么严重。在 C++ 中直接使用动态分配的对象是不常见的。我们有管理对象来控制它们的寿命。

与大多数其他 GC 收集语言最接近的是 std::shared_ptr。这将跟踪动态创建的对象的用户数量，当所有用户都消失时，将自动调用delete（我认为这是普通 Java 对象的更好版本）。

int main()
{
    std::cout << "Main Start\n";
    std::shared_ptr<Test>  smartPtr(new Test());
    std::cout << "Main End\n";
} // smartPtr goes out of scope here.
  // As there are no other copies it will automatically call delete on the object
  // it is holding.

> ./a.out
Main Start
Created    0x1083008e0
Main Ended
Destroyed  0x1083008e0

线程存储持续时间对象

这些对于该语言来说是新的。它们非常类似于静态存储持续时间对象。但它们并不是与应用程序拥有相同的生命周期，而是与它们关联的执行线程一样长。