上一篇文件介紹了關(guān)于C++代理類的使用場(chǎng)景和實(shí)現(xiàn)方法，但是代理類存在一定的缺陷，就是每個(gè)代理類會(huì)創(chuàng)建一個(gè)新的對(duì)象，無(wú)法避免一些不必要的內(nèi)存拷貝，本篇文章引入句柄類，在保持代理類多態(tài)性的同時(shí)，還可以避免進(jìn)行不不要的對(duì)象復(fù)制。
我們先來(lái)看一個(gè)簡(jiǎn)易的字符串封裝類：MyString，為了方便查看代碼，將函數(shù)的聲明和實(shí)現(xiàn)放到了一起。
class MyString{public: // 默認(rèn)構(gòu)造函數(shù) MyString() { std::cout << "MyString()" << std::endl; buf_ = new char[1]; buf_[0] = '/0'; len_ = 0; } // const char*參數(shù)的構(gòu)造函數(shù) MyString(const char* str) { std::cout << "MyString(const char* str)" << std::endl; if (str == nullptr) { len_ = 0; buf_ = new char[1]; buf_[0] = '/0'; } else { len_ = strlen(str); buf_ = new char[len_ + 1]; strcpy_s(buf_, len_ + 1, str); } } // 拷貝構(gòu)造函數(shù) MyString(const MyString& other) { std::cout << "MyString(const MyString& other)" << std::endl; len_ = strlen(other.buf_); buf_ = new char[len_ + 1]; strcpy_s(buf_, len_ + 1, other.buf_); } // str1 = str2; const MyString& operator=(const MyString& other) { std::cout << "MyString::operator=(const MyString& other)" << std::endl; // 判斷是否為自我賦值 if (this != &other) { if (other.len_ > this->len_) { delete[]buf_; buf_ = new char[other.len_ + 1]; } len_ = other.len_; strcpy_s(buf_, len_ + 1, other.buf_); } return *this; } // str = "hello!"; const MyString& operator=(const char* str) { assert(str != nullptr); std::cout << "operator=(const char* str)" << std::endl; size_t strLen = strlen(str); if (strLen > len_) { delete[]buf_; buf_ = new char[strLen + 1]; } len_ = strLen; strcpy_s(buf_, len_ + 1, str); return *this; } // str += "hello" void operator+=(const char* str) { assert(str != nullptr); std::cout << "operator+=(const char* str)" << std::endl; if (strlen(str) == 0) { return; } size_t newBufLen = strlen(str) + len_ + 1; char* newBuf = new char[newBufLen]; strcpy_s(newBuf, newBufLen, buf_); strcat_s(newBuf, newBufLen, str); delete[]buf_; buf_ = newBuf; len_ = strlen(buf_); } // 重載 ostream的 <<操作符 ，支持 std::cout << MyString 的輸出 friend std::ostream& operator<<(std::ostream &out, MyString& obj) { out << obj.c_str(); return out; } // 返回 C 風(fēng)格字符串 const char* c_str() { return buf_; } // 返回字符串長(zhǎng)度 size_t length() { return len_; } ~MyString() { delete[]buf_; buf_ = nullptr; }private: char* buf_; size_t len_;};看一段測(cè)試程序
#include "MyString.h"int _tmain(int argc, _TCHAR* argv[]){ MyString str1("hello~~"); MyString str2 = str1; MyString str3 = str1; std::cout << "str1=" << str1 << ", str2=" << str2 << ", str3=" << str3; return 0;}輸出內(nèi)容如下：
可以看到，定義了三個(gè)MyString對(duì)象，str2和str3都是由str1拷貝構(gòu)造而來(lái)，而且在程序的運(yùn)行過(guò)程中，str2和str3的內(nèi)容并未被修改，但是str1和str2已經(jīng)復(fù)制了str1緩沖區(qū)的內(nèi)容到自己的緩沖區(qū)中。其實(shí)這里可以做一個(gè)優(yōu)化，就是讓str1和str2在拷貝構(gòu)造的時(shí)候，直接指向str1的內(nèi)存，這樣就避免了重復(fù)的內(nèi)存拷貝。但是這樣又會(huì)引出一些新的問(wèn)題：
1. 多個(gè)指針指向同一塊動(dòng)態(tài)內(nèi)存，內(nèi)存改何時(shí)釋放？由誰(shuí)釋放？
2. 如果某個(gè)對(duì)象需要修改字符串中的內(nèi)容，該如和處理？
解決這些問(wèn)題，在C++中有兩個(gè)比較經(jīng)典的方案，那就是引用計(jì)數(shù)和Copy On Write。
在引用計(jì)數(shù)中，每一個(gè)對(duì)象負(fù)責(zé)維護(hù)對(duì)象所有引用的計(jì)數(shù)值。當(dāng)一個(gè)新的引用指向?qū)ο髸r(shí)，引用計(jì)數(shù)器就遞增，當(dāng)去掉一個(gè)引用時(shí)，引用計(jì)數(shù)就遞減。當(dāng)引用計(jì)數(shù)到零時(shí)，該對(duì)象就將釋放占有的資源。
下面給出引用計(jì)數(shù)的一個(gè)封裝類：
class RefCount{public: RefCount() : count_(new int(1)){}; RefCount(const RefCount& other) : count_(other.count_) { ++*count_; } ~RefCount() { if (--*count_ == 0) { delete count_; count_ = nullptr; } } bool Only() { return *count_ == 1; } void ReAttach(const RefCount& other) { // 更新原引用計(jì)數(shù)的信息 if (Only()) { delete count_; } else { --*count_; } // 更新新的引用計(jì)數(shù)的信息 ++*other.count_; // 綁定到新的引用計(jì)數(shù) count_ = other.count_; } void MakeNewRef() { if (*count_ > 1) { --*count_; count_ = new int(1); } }private: int* count_;};Copy On Write：就是寫時(shí)復(fù)制，通過(guò)拷貝構(gòu)造初始化對(duì)象時(shí)，并不直接將參數(shù)的資源往新的對(duì)象中復(fù)制一份，而是在需要修改這些資源時(shí)，將原有資源拷貝過(guò)來(lái)，再進(jìn)行修改，就避免了不必要的內(nèi)存拷貝。
下面的代碼是完整的句柄類MyStringHandle。每一個(gè)句柄類，都包含一個(gè)引用計(jì)數(shù)的類，用來(lái)管理和記錄對(duì)MyString對(duì)象的引用次數(shù)。
class MyStringHandle{public: MyStringHandle() : pstr_(new MyString){} // 這兩種參數(shù)的構(gòu)造函數(shù)必須構(gòu)造一個(gè)新的MyString對(duì)象出來(lái) MyStringHandle(const char* str) : pstr_(new MyString(str)) {} MyStringHandle(const MyString& other) : pstr_(new MyString(other)) {} // 拷貝構(gòu)造函數(shù)，將指針綁定到參數(shù)綁定的對(duì)象上，引用計(jì)數(shù)直接拷貝構(gòu)造，在拷貝構(gòu)造函數(shù)內(nèi)更新引用計(jì)數(shù)的相關(guān)信息 MyStringHandle(const MyStringHandle& ohter) : ref_count_(ohter.ref_count_), pstr_(ohter.pstr_) {} ~MyStringHandle() { if (ref_count_.Only()) { delete pstr_; pstr_ = nullptr; } } MyStringHandle& operator=(const MyStringHandle& other) { // 綁定在同一個(gè)對(duì)象上的句柄相互賦值，不作處理 if (other.pstr_ == pstr_) { return *this; } // 若當(dāng)前引用唯一，則銷毀當(dāng)前引用的MyString if (ref_count_.Only()) { delete pstr_; } // 分別將引用計(jì)數(shù)和對(duì)象指針重定向 ref_count_.ReAttach(other.ref_count_); pstr_ = other.pstr_; return *this; } // str = "abc" 這里涉及到對(duì)字符串內(nèi)容的修改， MyStringHandle& operator=(const char* str) { if (ref_count_.Only()) { // 如果當(dāng)前句柄對(duì)MyString對(duì)象為唯一的引用，則直接操作改對(duì)象進(jìn)行賦值操作 *pstr_ = str; } else { // 如果不是唯一引用，則將原引用數(shù)量-1，創(chuàng)建一個(gè)新的引用，并且構(gòu)造一個(gè)新的MyString對(duì)象 ref_count_.MakeNewRef(); pstr_ = new MyString(str); } return *this; }private: MyString* pstr_; RefCount ref_count_;};看一段測(cè)試程序：
int _tmain(int argc, _TCHAR* argv[]){ // 構(gòu)造MyString MyStringHandle str1("hello~~"); // 不會(huì)構(gòu)造新的MyString MyStringHandle str2 = str1; MyStringHandle str3 = str1; MyStringHandle str4 = str1; // 構(gòu)造一個(gè)空的MyString MyStringHandle str5; // 將str1賦值到str5，不會(huì)有內(nèi)存拷貝 str5 = str1; // 修改str5的值 str5 = "123"; str5 = "456"; return 0;}
總結(jié)
本篇文章介紹了C++句柄類的設(shè)計(jì)思想與簡(jiǎn)單實(shí)現(xiàn)，主要通過(guò)引用計(jì)數(shù)和Copy On Write實(shí)現(xiàn)，這兩種思想還是很經(jīng)典的，垃圾回收、智能指針的實(shí)現(xiàn)都有借鑒這兩種思想。水平有限，可能會(huì)有一些錯(cuò)誤或者描述不明確，歡迎大家拍磚~~
新聞熱點(diǎn)
疑難解答
