解構函式語意的變更

發行項
02/28/2013

從 Managed Extensions for C++ 升級為 Visual C++ 之後，類別解構函式語意已經大幅變更。

在 Managed Extensions 中，在參考類別 (而不是在實值類別) 內允許類別解構函式。這在新語法中未變更。然而，類別解構函式語意已變更。本主題內容主要在說明變更的原因，並討論它如何影響現有 CLR 程式碼的轉譯。這可能是此語言兩個版本之間最重要的程式設計人員層級變更。

不具決定性最終處理

與物件相關的記憶體被記憶體回收行程回收之前，會先叫用相關 Finalize 方法 (如果有的話)。您可以把這個方法想像成某種超級解構函式，因為它沒有繫結至物件的程式存留期。我們稱之為「最終處理」(finalization)。 Finalize 方法叫用時機或連是否叫用都未定義。這就是我們說記憶體回收表現不具決定性最終處理的意思。

不具決定性最終處理可以和動態記憶體管理搭配使用。當可用記憶體不夠時，記憶體回收行程會介入。在記憶體回收的環境中，不需要釋放記憶體的解構函式。當物件持有重要資源，例如資料庫連接或某種鎖定時，不具決定性最終處理便無法正常運作。這時候，我們應該盡快釋放該資源。在原生的世界中，這是使用建構函式/解構函式組來達成。一旦物件存留期結束 (當宣告該物件的本機區塊結束時，或因為擲回例外狀況而解開堆疊時)，解構函式會執行，資源就會自動釋放。這種作法非常有效，但很可惜 Managed Extensions 中缺少它。

CLR 所提供的方案是讓類別實作 IDisposable 介面的 Dispose 方法。它的問題是，Dispose 需要由使用者明確叫用。這很容易產生錯誤。 C# 語言以特殊 using 陳述式的形式，提供適度的自動化形式。 Managed Extensions 設計不提供特殊支援。

Managed Extensions for C++ 中的解構函式

在 Managed Extensions 中，參考類別的解構函式是使用下列兩個步驟實作：

使用者提供的解構函式在內部被重新命名為 Finalize。如果類別有基底類別 (請記住，在 CLR 物件模型中只支援單一繼承)，編譯器在執行使用者提供的程式碼之後，接著會插入呼叫其完成項。例如，看看從 Managed Extensions 語言規格取得的下列簡單階層架構：

__gc class A {
public:
   ~A() { Console::WriteLine(S"in ~A"); }
};
   
__gc class B : public A {
public:
   ~B() { Console::WriteLine(S"in ~B");  }
};

在這個範例中，兩個解構函式都重新命名為 Finalize。在 WriteLine 引動之後，B 的 Finalize 會加入 A 的 Finalize 方法引動。這是記憶體回收行程在最終處理期間會預設叫用的。以下是這個內部轉換的相關程式碼：

// internal transformation of destructor under Managed Extensions
__gc class A {
public:
   void Finalize() { Console::WriteLine(S"in ~A"); }
};

__gc class B : public A {
public:
   void Finalize() { 
      Console::WriteLine(S"in ~B");
      A::Finalize(); 
   }
};

在第二個步驟中，編譯器會合成虛擬解構函式。這個解構函式就是 Managed Extensions 使用者程式直接或間接透過刪除運算式應用所叫用的。但記憶體回收行程絕不會叫用它。

這個合成的解構函式中放了兩個陳述式。一個會呼叫 GC::SuppressFinalize，以確定沒有其他 Finalize 引動。第二個會實際引動 Finalize，它代表該類別之使用者提供的解構函式。以下是相關程式碼：

__gc class A {
public:
   virtual ~A() {
      System::GC::SuppressFinalize(this);
      A::Finalize();
   }
};

__gc class B : public A {
public:
   virtual ~B() {
      System::GC::SuppressFinalize(this);
      B::Finalize();
   }
};

雖然這個實作允許使用者現在 (而不是您無法控制時) 明確叫用類別 Finalize 方法，但它與 Dispose 方法方案並沒有實際結合。這在 Visual C++ 中已經變更。

新語法中的解構函式

在新語法中，解構函式會在內部被重新命名為 Dispose 方法，並且參考類別會自動擴充，以實作 IDispose 介面。也就是說，在 Visual C++ 中，我們的類別組已經轉換如下：

// internal transformation of destructor under the new syntax
__gc class A : IDisposable {
public:
   void Dispose() { 
      System::GC::SuppressFinalize(this);
      Console::WriteLine( "in ~A");
   }
};

__gc class B : public A {
public:
   void Dispose() { 
      System::GC::SuppressFinalize(this);
      Console::WriteLine( "in ~B");  
      A::Dispose(); 
   }
};

在新語法中叫用解構函式，或當 delete 套用至追蹤控制代碼時，會自動叫用基礎 Dispose 方法。如果它是衍生類別，會在合成方法結尾插入基底類別的 Dispose 方法呼叫。

但這不能讓我們直達具決定性的最終處理。若要達成此目標，我們需要本機參考物件的額外支援 (在 Managed Extensions 中沒有類似支援，所以不構成轉換問題)。

宣告參考物件

Visual C++ 支援在本機堆疊上參考類別之物件的宣告，或將物件視為可直接存取之類別的成員方式宣告。結合解構函式與 Dispose 方法的關聯時，結果是在參考型別上最終處理語意的自動引動。

首先，我們會定義參考類別，讓物件建立的作用如同透過其類別建構函式的資源擷取。其次，在類別解構函式內，當物件已建立時，我們會釋放所需的資源。

public ref class R {
public:
   R() { /* acquire expensive resource */ }
   ~R() { /* release expensive resource */ }

   // … everything else …
};

使用型別名稱 (但不含伴隨的帽子) 在本機宣告物件。所有物件的使用 (例如叫用方法) 都是透過成員選取點 (.) 而不是箭號 (->) 完成。在區塊結尾，會自動叫用已轉換成 Dispose 的相關聯解構函式，如此處所示：

void f() {
   R r; 
   r.methodCall();

   // r is automatically destructed here –
   // that is, r.Dispose() is invoked
}

如同 C# 中的 using 陳述式，這並未違反所有參考型別都必須配置在 CLR 堆積上的基礎 CLR 限制。基礎語意維持不變。使用者可能已撰寫下列對等程式碼 (而且這可能是由編譯器所執行的內部轉換)：

// equivalent implementation
// except that it should be in a try/finally clause
void f() {
   R^ r = gcnew R; 
   r->methodCall();

   delete r;
}

在新語法中，解構函式實際上再次與建構函式搭檔，做為繫結至本機物件存留期的自動化擷取/釋放機制。

宣告明確 Finalize

在新語法中，如我們所見，解構函式會合成為 Dispose 方法。這表示，當解構函式未明確叫用時，記憶體回收行程在最終處理期間不會像以前一樣尋找物件相關聯的 Finalize 方法。為了支援解構和最終化，我們引進了特殊語法來提供完成項。例如：

public ref class R {
public:
   !R() { Console::WriteLine( "I am the R::finalizer()!" ); }
};

! 前置字元類似引入類別解構函式的波狀符號 (~)，也就是說，兩個存留期後方法在類別名稱前都有前置語彙基元。如果合成 Finalize 方法在衍生類別內發生，基底類別 Finalize 方法的引動會在其結尾插入。如果解構函式是明確叫用，則會隱藏完成項。以下是轉換的相關程式碼：

// internal transformation under new syntax
public ref class R {
public:
   void Finalize() {
      Console::WriteLine( "I am the R::finalizer()!" );
   }
};

從 Managed Extensions for C++ 移至 Visual C++ 2010

在編譯時會變更執行階段行為的程式 Managed Extensions for C++ Visual C++參考類別只要包含非一般的解構函式。必要的轉換演算法類似下列方式：

如果解構函式存在，將它重寫成類別完成項。
如果 Dispose 方法存在，將它重寫成類別解構函式。
如果解構函式存在，但沒有 Dispose 方法，則保留解構函式，同時執行第一個項目。

當您將程式碼從 Managed Extensions 移至新語法時，您可能會遺漏執行此轉換。如果應用程式在某些方面相依於相關最終處理方法的執行，則應用程式行為將不符您的預期，而且不會出現訊息。

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