C++對象計數(shù)

2019-11-17 05:20:43

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供稿：網(wǎng)友

文本要害字：程序設(shè)計/C++/技巧　　本文目的是實現(xiàn)一個實用的對C++類計數(shù)的類，同時在實現(xiàn)過程中指出一些輕易為人忽視的C++知識。
　　要實現(xiàn)一個類的對象（實例）計數(shù)，即程序運行中此類有多少個對象存在，最輕易的實現(xiàn)方法是使用靜態(tài)數(shù)據(jù)成員。如下： class Widget {public: Widget() { ++count; } Widget(const Widget&) { ++count; } ~Widget() { --count; } static size_t howMany() { return count; }PRivate: static size_t count;}; //cpp文件中size_t Widget::count = 0; 注重構(gòu)造函數(shù)也要增加計數(shù)，這一點很多人輕易忘記。
　　但是假如程序中有多個需要實例計數(shù)的類，則在每個類中加入上面代碼未免繁瑣、易錯。這種情況下，最好是實現(xiàn)一個通用計數(shù)類。它應(yīng)該具備一下特點：

易于使用：任何需要計數(shù)的類（以下簡稱客戶類）只要添加少數(shù)代碼即可使用；

有效率：不增加客戶類大小，對客戶類性能沒有影響；

健壯：客戶類使用時，不輕易誤用。

下面我們將逐步實現(xiàn)并完善這個通用的計數(shù)類。 class Counter { public: Counter() { ++count; } Counter(const Counter&) { ++count; } ~Counter() { --count; } static size_t howMany() { return count; }private: static size_t count;};// This still goes in an implementation filesize_t Counter::count = 0; 上面這個Counter類能否正確完成計數(shù)呢？例如：Widget類利用它來進行實例計數(shù)： // embed a Counter to count objectsclass Widget {public: ..... // all the usual public // Widget stuff static size_t howMany() { return Counter::howMany(); }private: ..... // all the usual private // Widget stuff Counter c;}; //or:// inherit from Counter to count objectsclass Widget: public Counter { ..... // all the usual public // Widget stuffprivate: ..... // all the usual private // Widget stuff}; 　　對于Widget本身來說，Counter完成了任務(wù)。然而，假如我們在同一進程中還需要利用Counter來計數(shù)Fish類，顯然，Counter就不能勝任，因為它只有一個靜態(tài)成員變量，它會將Widget和Fish的個數(shù)一起統(tǒng)計。這個方案不行，怎么辦？用模板！如下：template<typename T>class Counter {public: Counter() { ++count; } Counter(const Counter&) { ++count; } ~Counter() { --count; } static size_t howMany() { return count; }private: static size_t count;};// this now can go in headertemplate<typename T> size_t Counter<T>::count = 0; 則上面的實現(xiàn)變成： // embed a Counter to count objectsclass Widget {public: ..... static size_t howMany() {return Counter<Widget>::howMany();}private: ..... Counter<Widget> c;};//or:// inherit from Counter to count objectsclass Widget: public Counter<Widget> { .....}; 　　這樣，其他類就可以使用Counter計數(shù)自己的實例了，它們將互不影響。
　　上面兩種方案都可正確實現(xiàn)計數(shù)，我們繼續(xù)探討這兩種方案的優(yōu)缺點。
　　首先講public繼續(xù)，即class Widget: public Counter<Widget>這種方案：有經(jīng)驗的讀者肯定會想到基類Counter的析構(gòu)函數(shù)要變?yōu)樘摵瘮?shù)。否則通過基類指針delete派生類時，結(jié)果未定義（可能導(dǎo)致程序crash或其他） Counter<Widget> *pw = new Widget; // get base class ptr to derived class object ......delete pw; // yields undefined results if the base class lacks a virtual destrUCtor 　　但一旦Counter有虛析構(gòu)函數(shù)，就會給類帶入vTable，多占用了空間并影響客戶類的效率。解決方法可以是將析構(gòu)函數(shù)作為protected成員。這樣就不能delete pw，因為它會導(dǎo)致編譯錯誤。 template<typename T>
class Counter {public: .....protected: ~Counter() { --count; } .....}; 　　其次，Counter作為客戶類的成員變量這種方案（這時Counter的析構(gòu)函數(shù)必須public）。一個明顯的缺點是客戶類必須定義Counter為其成員變量同時還得定義一個inline函數(shù)以調(diào)用Counter類得HowMany函數(shù)。另一個較隱蔽的缺點：它增大了客戶類所占用的內(nèi)存。Counter類沒有非靜態(tài)成員變量，有人就可能會認為Counter對象的大小為0，其實不然，C++規(guī)定所有對象的大小最小必須為1字節(jié)。所以這用方案增加了客戶類的大小。使用派生則不一樣，基類size可以0，所以public繼續(xù)方案不會增加客戶類的大小。
　　除了上面兩種方案，還可以使用private繼續(xù)，即class Widget: private Counter<Widget>。類似于第一種方案： class Widget: private Counter<Widget> {public: // make howMany public using Counter<Widget>::howMany; ..... // rest of Widget is unchanged}; 它直接防止下面的代碼： Counter<Widget> *pw = new Widget; //私有繼續(xù)不答應(yīng)這樣轉(zhuǎn)換　　綜合看來，public繼續(xù)方案已經(jīng)比較完善了。然而，還是有些值得注重的地方。假如有另一個類SpecialWidget，其繼續(xù)于Widget，對類SpecialWidget的對象計數(shù)就只能如下： class SpecialWidget: public Widget, public Counter<SpecialWidget> {public: }; 　　這樣，對SpecialWidget的對象計數(shù)是正確的，但對Widget對象的計數(shù)是錯誤的。這時Widget的計數(shù)是Widget類的所有對象SpecialWidget類的所有對象的總和。為什么？因為每創(chuàng)建一個SpecialWidget對象，Widget構(gòu)造函數(shù)就要調(diào)用一次，就增加一次計數(shù)。

總結(jié)
　　用模板實現(xiàn)的這個對象計數(shù)類可以滿足絕大多數(shù)需求，但不適用于計數(shù)有繼續(xù)關(guān)系的類。本文的核心思想來源于CUG上C++大師Scott Meyers的一篇文章并有所改動。

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