条款27：要求或禁止在堆中产生对象（下）
到目前为止，这种逻辑很正确，但是不够深入。最根本的问题是对象可以被分配在三个地方，而不是两个。是的，栈和堆能够容纳对象，但是我们忘了静态对象。静态对象是那些在程序运行时仅能初始化一次的对象。静态对象不仅仅包括显示地声明为static的对象，也包括在全局和命名空间里的对象（参见条款47）。这些对象肯定位于某些地方，而这些地方既不是栈也不是堆。
它们的位置是依据系统而定的，但是在很多栈和堆相向扩展的系统里，它们位于堆的底端。先前内存管理的图片到讲述的是事实，不过是很多系统都具有的事实，但是没有告诉我们这些系统全部的事实，加上静态变量后，这幅图片如下所示：
onHeap不能工作的原因立刻变得很清楚了，不能辨别堆对象与静态对象的区别：
void allocateSomeObjects()
{
char *pc = new char; // 堆对象: onHeap(pc)
// 将返回true
char c; // 栈对象: onHeap(&c)
// 将返回false
static char sc; // 静态对象: onHeap(&sc)
// 将返回true
...
}
现在你可能不顾一切地寻找区分堆对象与栈对象的方法，在走头无路时你想在可移植性上打主意，但是你会这么孤注一掷地进行一个不能获得正确结果的交易么？绝对不会。我知道你会拒绝使用这种虽然诱人但是不可靠的“地址比对”技巧。
令人伤心的是不仅没有一种可移植的方法来判断对象是否在堆上，而且连能在多数时间正常工作的“准可移植”的方法也没有。如果你实在非得必须判断一个地址是否在堆上，你必须使用完全不可移植的方法，其实现依赖于系统调用，只能这样做了。因此你最好重新设计你的软件，以便你可以不需要判断对象是否在堆中。
如果你发现自己实在为对象是否在堆中这个问题所困扰，一个可能的原因是你想知道对象是否能在其上安全调用delete。这种删除经常采用“delete this”这种声明狼籍的形式。不过知道“是否能安全删除一个指针”与“只简单地知道一个指针是否指向堆中的事物”不一样，因为不是所有在堆中的事物都能被安全地delete。再考虑包含UPNumber对象的Asset对象：
class Asset {
private:
UPNumber value;
...
};
Asset *pa = new Asset;
很明显*pa（包括它的成员value）在堆上。同样很明显在指向pa->value上调用delete是不安全的，因为该指针不是被new返回的。
幸运的是“判断是否能够删除一个指针”比“判断一个指针指向的事物是否在堆上”要容易。因为对于前者我们只需要一个operator new返回的地址集合。因为我们能自己编写operator new函数（参见Effective C++条款8—条款10），所以构建这样一个集合很容易。如下所示，我们这样解决这个问题：
void *operator new(size_t size)
{
void *p = getMemory(size); //调用一些函数来分配内存，
//处理内存不够的情况
把 p加入到一个被分配地址的集合;
return p;
}
void operator delete(void *ptr)
{
releaseMemory(ptr); // return memory to
// free store
从被分配地址的集合中移去ptr;
}
bool isSafeToDelete(const void *address)
{
返回address是否在被分配地址的集合中;
}
这很简单，operator new在地址分配集合里加入一个元素，operator delete从集合中移去项目，isSafeToDelete在集合中查找并确定某个地址是否在集合中。如果operator new 和 operator delete函数在全局作用域中，它就能适用于所有的类型，甚至是内建类型。
在实际当中，有三种因素制约着对这种设计方式的使用。第一是我们极不愿意在全局域定义任何东西，特别是那些已经具有某种含义的函数，象operator new和operator delete。正如我们所知，只有一个全局域，只有一种具有正常特征形式（也就是参数类型）的operator new和operator delete 。这样做会使得我们的软件与其它也实现全局版本的operator new 和operator delete的软件（例如许多面向对象数据库系统）不兼容。
我们考虑的第二个因素是效率：如果我们不需要这些，为什么还要为跟踪返回的地址而负担额外的开销呢？
最后一点可能有些平常，但是很重要。实现isSafeToDelete让它总能够正常工作是不可能的。难点是多继承下来的类或继承自虚基类的类有多个地址，所以无法保证传给isSafeToDelete的地址与operator new 返回的地址相同，即使对象在堆中建立。有关细节参见条款24和条款31。
我们希望这些函数提供这些功能时能够不污染全局命名空间，没有额外的开销，没有正确性问题。幸运的是C++使用一种抽象mixin基类满足了我们的需要。
抽象基类是不能被实例化的基类，也就是至少具有一个纯虚函数的基类。mixin(mix in)类提供某一特定的功能，并可以与其继承类提供的其它功能相兼容（参见Effective C++条款7）。这种类几乎都是抽象类。因此我们能够使用抽象混合（mixin）基类给派生类提供判断指针指向的内存是否由operator new分配的能力。该类如下所示：
class HeapTracked { // 混合类; 跟踪
public: // 从operator new返回的ptr
class MissingAddress{}; // 异常类，见下面代码
virtual ~HeapTracked() = 0;
static void *operator new(size_t size);
static void operator delete(void *ptr);
bool isOnHeap() const;
private:
typedef const void* RawAddress;
static list<RawAddress> addresses;
};
这个类使用了list（链表）数据结构跟踪从operator new返回的所有指针，list标准C++库的一部分（参见Effective C++条款49和本书条款35）。operator new函数分配内存并把地址加入到list中；operator delete用来释放内存并从list中移去地址元素。isOnHeap判断一个对象的地址是否在list中。
HeapTracked类的实作（我觉得把implementation翻译成“实作”更好 译者注）很简单，调用全局的operator new和operator delete函数来完成内存的分配与释放，list类里的函数进行插入操作和删除操作，并进行单语句的查找操作。以下是HeapTracked的全部实作：
// mandatory definition of static class member
list<RawAddress> HeapTracked::addresses;
// HeapTracked的析构函数是纯虚函数，使得该类变为抽象类。
// (参见Effective C++条款14). 然而析构函数必须被定义，
//所以我们做了一个空定义。.
HeapTracked::~HeapTracked() {}
void * HeapTracked::operator new(size_t size)
{
void *memPtr = ::operator new(size); // 获得内存
addresses.push_front(memPtr); // 把地址放到list的前端
return memPtr;
}
void HeapTracked::operator delete(void *ptr)
{
//得到一个 "iterator"，用来识别list元素包含的ptr；
//有关细节参见条款35
list<RawAddress>::iterator it =
find(addresses.begin(), addresses.end(), ptr);
if (it != addresses.end()) { // 如果发现一个元素
addresses.erase(it); //则删除该元素
::operator delete(ptr); // 释放内存
} else { // 否则
throw MissingAddress(); // ptr就不是用operator new
} // 分配的，所以抛出一个异常
}
bool HeapTracked::isOnHeap() const
{
// 得到一个指针，指向*this占据的内存空间的起始处，
// 有关细节参见下面的讨论
const void *rawAddress = dynamic_cast<const void*>(this);
// 在operator new返回的地址list中查到指针
list<RawAddress>::iterator it =
find(addresses.begin(), addresses.end(), rawAddress);
return it != addresses.end(); // 返回it是否被找到
}
尽管你可能对list类和标准C++库的其它部分不很熟悉，代码还是很一目了然。条款35将解释这里的每件东西，不过代码里的注释已经能够解释这个例子是如何运行的。
只有一个地方可能让你感到困惑，就是这个语句（在isOnHeap函数中）
const void *rawAddress = dynamic_cast<const void*>(this);
我前面说过带有多继承或虚基类的对象会有几个地址，这导致编写全局函数isSafeToDelete会很复杂。这个问题在isOnHeap中仍然会遇到，但是因为isOnHeap仅仅用于HeapTracked对象中，我们能使用dynamic_cast操作符的一种特殊的特性来消除这个问题。只需简单地放入dynamic_cast，把一个指针dynamic_cast成void*类型（或const void*或volatile void* 。。。。。），生成的指针指向“原指针指向对象内存”的开始处。但是dynamic_cast只能用于“指向至少具有一个虚拟函数的对象”的指针上。我们该死的isSafeToDelete函数可以用于指向任何类型的指针，所以dynamic_cast也不能帮助它。isOnHeap更具有选择性（它只能测试指向HeapTracked对象的指针），所以能把this指针dynamic_cast成const void*，变成一个指向当前对象起始地址的指针。如果HeapTracked::operator new为当前对象分配内存，这个指针就是HeapTracked::operator new返回的指针。如果你的编译器支持dynamic_cast 操作符，这个技巧是完全可移植的。
使用这个类，即使是最初级的程序员也可以在类中加入跟踪堆中指针的功能。他们所需要做的就是让他们的类从HeapTracked继承下来。例如我们想判断Assert对象指针指向的是否是堆对象：
class Asset: public HeapTracked {
private:
UPNumber value;
...
};
我们能够这样查询Assert*指针，如下所示：
void inventoryAsset(const Asset *ap)
{
if (ap->isOnHeap()) {
ap is a heap-based asset — inventory it as such;
}
else {
ap is a non-heap-based asset — record it that way;
}
}
象HeapTracked这样的混合类有一个缺点，它不能用于内建类型，因为象int和char这样的类型不能继承自其它类型。不过使用象HeapTracked的原因一般都是要判断是否可以调用”delete this”，你不可能在内建类型上调用它，因为内建类型没有this指针。
禁止堆对象
判断对象是否在堆中的测试到现在就结束了。与此相反的领域是“禁止在堆中建立对象”。通常对象的建立这样三种情况：对象被直接实例化；对象做为派生类的基类被实例化；对象被嵌入到其它对象内。我们将按顺序地讨论它们。
禁止客户端直接实例化对象很简单，因为总是调用new来建立这种对象，你能够禁止客户端调用new。你不能影响new操作符的可用性（这是内嵌于语言的），但是你能够利用new操作符总是调用operator new函数这点（参见条款8），来达到目的。你可以自己声明这个函数，而且你可以把它声明为private.。例如，如果你想不想让客户端在堆中建立UPNumber对象，你可以这样编写：
class UPNumber {
private:
static void *operator new(size_t size);
static void operator delete(void *ptr);
...
};
现在客户端仅仅可以做允许它们做的事情：
UPNumber n1; // okay
static UPNumber n2; // also okay
UPNumber *p = new UPNumber; // error! attempt to call
// private operator new
把operator new声明为private就足够了，但是把operator new声明为private，而把iperator delete声明为public，这样做有些怪异，所以除非有绝对需要的原因，否则不要把它们分开声明，最好在类的一个部分里声明它们。如果你也想禁止UPNumber堆对象数组，可以把operator new[]和operator delete[]（参见条款8）也声明为private。（operator new和operator delete之间的联系比大多数人所想象的要强得多。有关它们之间关系的鲜为人知的一面，可以参见我的文章counting objects里的sidebar部分。）
有趣的是，把operator new声明为private经常会阻碍UPNumber对象做为一个位于堆中的派生类对象的基类被实例化。因为如果operator new和operator delete没有在派生类中被声明为public，它们就会被继承下来，继承了基类private函数的类，如下所示：
class UPNumber { ... }; // 同上
class NonNegativeUPNumber: //假设这个类
public UPNumber { //没有声明operator new
...
};
NonNegativeUPNumber n1; // 正确
static NonNegativeUPNumber n2; // 也正确
NonNegativeUPNumber *p = // 错误! 试图调用
new NonNegativeUPNumber; // private operator new
如果派生类声明它自己的operator new，当在堆中分配派生对象时，就会调用这个函数，必须得找到一种不同的方法防止UPNumber基类部分缠绕在这里。同样，UPNumber的operator new是private这一点，不会对分配包含做为成员的UPNumber对象的对象产生任何影响：
class Asset {
public:
Asset(int initValue);
...
private:
UPNumber value;
};
Asset *pa = new Asset(100); // 正确, 调用
// Asset::operator new 或
// ::operator new, 不是
// UPNumber::operator new
实际上，我们又回到了这个问题上来，即“如果UPNumber对象没有被构造在堆中，我们想抛出一个异常”。当然这次的问题是“如果对象在堆中，我们想抛出异常”。正像没有可移植的方法来判断地址是否在堆中一样，也没有可移植的方法判断地址是否不在堆中，所以我们很不走运，不过这也丝毫不奇怪，毕竟如果我们能辨别出某个地址在堆上，我们也就能辨别出某个地址不在堆上。但是我们什么都不能辨别出来。
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