建構函式和解構函式的原理及在C#中的運用

摘   要：建構函式與解構函式是一個類中看似較為簡單的兩類函數，但在實際運用過程中總會出現一些意想不到的運行錯誤。本文將較系統的介紹建構函式與解構函式的原理及在C#中的運用，以及在使用過程中需要注意的若干事項。

關鍵字：建構函式；解構函式；記憶體回收行程；非託管資源；託管資源

一．建構函式與解構函式的原理

    作為比C更先進的語言，C#提供了更好的機制來增強程式的安全性。C#編譯器具有嚴格的型別安全檢查功能，它幾乎能找出程式中所有的文法問題，這的確幫了程式員的大忙。但是程式通過了編譯檢查並不表示錯誤已經不存在了，在“錯誤”的大家庭裡，“語法錯誤”的地位只能算是冰山一角。層級高的錯誤通常隱藏得很深，不容易發現。

    根據經驗，不少難以察覺的程式錯誤是由於變數沒有被正確初始化或清除造成的，而初始化和清除工作很容易被人遺忘。微軟利用物件導向的概念在設計C#語言時充分考慮了這個問題並很好地予以解決：把對象的初始化工作放在建構函式中，把清除工作放在解構函式中。當對象被建立時，建構函式被自動執行。當對象消亡時，解構函式被自動執行。這樣就不用擔心忘記對象的初始化和清除工作。

二．建構函式在C#中的運用

    建構函式的名字不能隨便起，必須讓編譯器認得出才可以被自動執行。它的命名方法既簡單又合理：讓建構函式與類同名。除了名字外，建構函式的另一個特別之處是沒有傳回值類型，這與傳回值類型為void的函數不同。如果它有傳回值類型，那麼編譯器將不知所措。在你可以訪問一個類的方法、屬性或任何其它東西之前， 第一條執行的語句是包含有相應類的建構函式。甚至你自己不寫一個建構函式，也會有一個預設建構函式提供給你。

class TestClass

{

public TestClass(): base() {} // 由CLR提供

}

下面列舉了幾種類型的建構函式

1）預設建構函式

  class TestClass

   {

public TestClass(): base() {}

   }

上面已介紹，它由系統（CLR）提供。

 

2）執行個體建構函式

   執行個體建構函式是實現對類中執行個體進行初始化的方法成員。如：

   using System;

   class Point
   {
    public double x, y;

    public Point()

    {
       this.x = 0;
       this.y = 0;
    }

    public Point(double x, double y)

    {
       this.x = x;
       this.y = y;
    }

 …

}

class Test
{
    static void Main()

    {
       Point a = new Point();
       Point b = new Point(3, 4); // 用建構函式初始化對象
       …

    }
}

聲明了一個類Point，它提供了兩個建構函式。它們是重載的。一個是沒有參數的Point建構函式和一個是有兩個double參數的Point建構函式。如果類中沒有提供這些建構函式，那麼會CLR會自動提供一個預設建構函式的。但一旦類中提供了自訂的建構函式，如Point()和Point(double x, double y)，則預設建構函式將不會被提供，這一點要注意。

 

3） 靜態建構函式

    靜態建構函式是實現對一個類進行初始化的方法成員。它一般用於對待用資料的初始化。靜態建構函式不能有參數，不能有修飾符而且不能被調用，當類被載入時，類的靜態建構函式自動被調用。如：

using System.Data;

class Employee
{
    private static DataSet ds;

    static Employee()

    {
       ds = new DataSet(...);
    }

    ...
}

聲明了一個有靜態建構函式的類Employee。注意靜態建構函式只能對待用資料成員進行初始化，而不能對非待用資料成員進行初始化。但是，非靜態建構函式既可以對待用資料成員賦值，也可以對非待用資料成員進行初始化。

如果類僅包含靜態成員，你可以建立一個private的建構函式：private TestClass() {…}，但是private意味著從類的外面不可能訪問該建構函式。所以，它不能被調用，且沒有對象可以被該類定義執行個體化。

    以上是幾種類型建構函式的簡單運用，下面將重點介紹一下在類的階層中（即繼承結構中）基類和衍生類別的建構函式的使用方式。衍生類別對象的初始化由基類和衍生類別共同完成：基類的成員由基類的建構函式初始化，衍生類別的成員由衍生類別的建構函式初始化。

    當建立衍生類別的對象時，系統將會調用基類的建構函式和衍生類別的建構函式，構        造函數的執行次序是：先執行基類的建構函式，再執行衍生類別的建構函式。如果衍生類別又有對象成員，則，先執行基類的建構函式，再執行成員對象類的建構函式，最後執行衍生類別的建構函式。

    至於執行基類的什麼建構函式，預設情況下是執行基類的無參建構函式，如果要執行基類的有參建構函式，則必須在衍生類別建構函式的成員初始化表中指出。如：

   class A

   { private int x;

      public A( ) { x = 0; }

      public A( int i ) { x = i; }

   };

 

   class B : A

   { private int y;

      public B( ) { y = 0; }

      public B( int i ) { y = i; }

      public B( int i, int j ):A(i) { y = j; }

   };

 

   B b1 = new B(); //執行基類A的建構函式A()，再執行衍生類別的建構函式B()

   B b2 = new B(1); //執行基類A的建構函式A()，再執行衍生類別的建構函式B(int)

   B b3 = new B(0,1); //執行執行基類A的建構函式A(int) ，再執行衍生類別的

                            建構函式B(int,int) 

    在這裡建構函式的執行次序是一定要分析清楚的。另外，如果基類A中沒有提供無參建構函式public A( ) { x = 0; }，則在衍生類別的所有建構函式成員初始化表中必須指出基類A的有參建構函式A(i)，如下所示：

   class A

   { private int x;

      public A( int i ) { x = i; }

   };

   class B : A

{ private int y;

       public B():A(i) { y = 0; }

       public B(int i):A(i) { y = i; }

       public B(int i, int j):A(i) { y = j; }

};

三．解構函式和記憶體回收行程在C#中的運用

    解構函式是實現銷毀一個類的執行個體的方法成員。解構函式不能有參數，不能任何修飾符而且不能被調用。由於解構函式的目的與建構函式的相反，就加首碼‘~’以示區別。

    雖然C#（更確切的說是CLR）提供了一種新的記憶體管理機制---自動記憶體管理機制（Automatic memory management），資源的釋放是可以通過“記憶體回收行程” 自動完成的，一般不需要使用者幹預，但在有些特殊情況下還是需要用到解構函式的，如在C#中非託管資源的釋放。

    資源的釋放一般是通過"記憶體回收行程"自動完成的,但具體來說,仍有些需要注意的地方：

   1. 實值型別和參考型別的引用其實是不需要什麼"記憶體回收行程"來釋放記憶體的,因為當它們出了範圍後會自動釋放所佔記憶體，因為它們都儲存在棧(Stack)中;

   2. 只有參考型別的引用所指向的對象執行個體才儲存在堆(Heap)中,而堆因為是一個自由儲存空間,所以它並沒有像"棧"那樣有生存期("棧"的元素彈出後就代表生存期結束,也就代表釋放了記憶體),並且要注意的是,"記憶體回收行程"只對這塊地區起作用;

然而,有些情況下，當需要釋放非託管資源時,就必須通過寫代碼的方式來解決。通常是使用解構函式釋放非託管資源，將使用者自己編寫的釋放非託管資源的程式碼片段放在解構函式中即可。需要注意的是,如果一個類中沒有使用到非託管資源,那麼一定不要定義解構函式,這是因為對象執行了解構函式,那麼"記憶體回收行程"在釋放託管資源之前要先調用解構函式，然後第二次才真正釋放託管資源，這樣一來，兩次刪除動作的花銷比一次大多的。下面使用一段代碼來示解構函式是如何使用的：

   public class ResourceHolder

   {

      …

      ~ResourceHolder()

      {

         // 這裡是清理非託管資源的使用者程式碼片段

      }

   }

四．小結

    建構函式與解構函式雖然是一個類中形式上較簡單的函數，但它們的使用決非看上去那麼簡單，因此靈活而正確的使用建構函式與解構函式能夠幫你更好的理解CLR的記憶體管理機制，以及更好的管理系統中的資源。

 

參考文獻：

[1] 微軟公司,東方人華. C#語言參考手冊[M].北京：清華大學出版社，2001

[2] Simon Robinson,Ollie Cornes. C#進階編程[M]. 康 博. 北京：清華大學出版社，2002