智能指针,代理类以及句柄类的比较.docx

智能指针：智能指针是通过定义一个额外的保存指针以及引用计数的类实现指针的自动释放，同时避免了悬垂指针的问题。智能指针通常包含两个类，其中一个类A包含着指向基础对象的指针成员以及该指针成员所对应的引用计数；另一个类B包含了指向A的指针成员以及其他的值型成员变量。当指向B的最后一个A对象被撤销的时候（此时B中指向基础对象的相应指针的引用计数为0），调用A的析构函数delete掉指向B的指针，从而引发B中析构函数的调用，删除基础对象。通常将A作为B类的友元类，方便A中的成员函数等访问B的成员。B的构造函数是将指向动态分配内存的指针作为形参初始化指针成员，同时将相应的使用计数置1；A类的构造函数将指向B的动态内存分配的指针作为形参初始化指针成员，同时初始化其值型成员。代理类和句柄类：可以定义智能指针类或者是定义值型类，只能指针类的特点是通过指向基础对象的任意一个指针对于基础对象所做的修改都会反映在通过其他的指针成员获得的值，智能指针类进行复制的时候复制的是指针的值，也就是所谓的浅拷贝。但是值型类中每个对象都含有一个对应的副本，通过一个指针成员对基础对象所做的修改不会影响通过其他的指针成员获得的值，这么做的一个缺点是耗费较大的内存空间。因此在复制值型类的对象的值的时候通常复制的是指针指向的对象而不是指针的值。如果使用容器或者数组存放因继承而相关联的不同子类对象，不能将容器中存放的数据类型定义为基类的类型，因为此事如果将派生类的类型放入到该基类容器中将造成派生类型的对象被剪切成基类类型的对象；但是更不能通过将容器定义为派生类型的容器，因为不存在积累向派生类的转换，即使通过强制的类型转换（dynamic_cast）将基类类型的对象转化为派生类型的对象，当使用这样的元素的时候会产生较大的问题，因为派生类部分的成员是未初始化的。唯一可行的方案是在容器中保存指向基类类型的指针，但是保存指针本身就是一件十分危险的事情，用户必须面对管理对象和指针的问题，用户必须保证只要容器存在，容器中的指针所指向的对象就要存在。如果对象是动态分配的，用户必须在容器消失时适当的释放对象。因此保存指针本身就是一件十分麻烦的事情。要解决将继承体系中的对象放入到同一个容器的问题，必须解决两个子问题：1. 编译时类型未知对象的绑定；2. 合理的分配内存；找出一种优美的控制内存分配的方法来绑定不同子类对象到容器中。代理类：为了解决编译时未知类型对象的绑定问题，使用clone（）函数。在基类中定义virture，返回指向基类的指针。在派生类中定义clone()函数，返回指向派生的指针或者是基类的指针均可。（对于其他的虚函数，函数的原型必须保持一致，因此返回类型必须一致。但是如果虚函数的基类实例返回类类型的引用或者是指针，则该虚函数的派生类版本可以返回基类实例返回的类型的派生类）。但是为了统一起见，令clone()返回指向基类的指针。clone()具有语句return new XXX(*this).因此每次使用clone总是会复制对象，在堆中开辟存储区存放该对象，同时返回一个指向该对象的指针。这是需要一定的内存空间的，因此对于程序员而言，当类较为复杂或者是复制的成本较大的时候，这种情况是接受不了的。另一个缺点就是，需要修改基类的所有派生子类，为每一个自雷都添加clone()函数，但是这通常是不被允许的，因为我们很有可能在原有代码的基础上来增加这个新的需求。但是代理类确实将继承层次压缩到了一起，解决了编译时为值对象类型的动态绑定以及内存分配问题。句柄类：代理类虽然解决了未知对象类型的动态绑定问题，但是复制对象需要耗费的成本较大。因此为了能够高效的使用空间资源以及计算机的时间资源，应该让相同的对象共享同一个基础对象。因此需要一种能够不必复制对象，但是能够达到运行时绑定对象的目的的方法，这就是比较常用的方法-句柄。这里需要注意的一个问题是我们仍然需要定义一个句柄类，且该句柄类应该可以实例化（不是抽象基类）。该句柄类其实内含的数据成员为指向另一个类的指针，且该句柄类具有代理类同样的功能，因此需要复制构造函数、赋值操作符以及析构函数等等。在C+中并没有将类的实现(具体的实现细目，比如private成员中有int、string或者其他的类类型成员)和接口（public成员函数）相分离这件事情做的很好，但是Java等语言做到了接口和实现的分离。Java中类的成员只含有指向成员的指针，并没有具体的实现细目，例如：class personpublic:person(const std:string& name, const data& birthday, const address& addr);std:string name()const;std:string birthdata()const;std:string address()const;private:std:string thename; /实现细目std:string thebirth; /实现细目std:string theadrress; /实现细目;为了能够使上述的类通过编译，必须#include, #include”data.h”, #include”address.h”,这样一来就在person定义文件及其汉儒文件之间形成了一种编译依存关系。为了能够通过编译必须提供person的定义式，这样编译器才会知道应该为person类型的对象提供多大的空间。但是可以采用类似于Java的将实现细目隐藏于一个指针背后的方式，定义一个真正的实现类，其中包含了实现细目和相应的接口，handle class只提供接口，这样除非接口改变，否则，用户程序不需要重新编译，可如下定义person：class personpublic:person(const std:string& name, const data& birthday, const address& addr);std:string name()const;std:string birthdata()const;std:string address()const;private:std:tr1:shared_ptr pimpl;而关于personimpl类的实现如下定义：class personimpl public:personimpl(const std:string& name, const data& birthday, const address& addr);std:string name()const;std:string birthdata()const;std:string address()const;private:std:string thename; /实现细目std:string thebirth; /实现细目std:string theadrress; /实现细目;Person类的构造函数以及其中的一个函数的实现如下：person:person(const std:string& name, const data& birthday, const address& addr) :pimpl(new personimpl(name, birthday, addr)std:string person:name()constreturn pimpl-name();Person与personimpl具有相同的接口，完全相同的成员函数。因为personimpl已经定义成为一个类，既然已经增加了一层，那么就不应该把低层再交给调用者，所以不能定义一个返回personimpl的指针。因此增加使用和句柄类完全相同的成员函数，句柄类的对象调用实现类相同的成员函数实现对成员的读操作。句柄类同样不需要手动的释放内存。因此需要使用引用计数，因此将引用计数放在句柄类中，说明有多少句柄类对象在同时指向同一个基础对象。但是如果直接在句柄类中使用引用计数的值型类型，当改变其中一个句柄类的引用计数的时候需要改变所有的其他句柄类中的引用计数。因此可以在句柄类中使用指向引用计数的指针，所有的句柄类指向同一个引用计数对象，通过任何一个指向引用计数的指针都可以改变引用计数的基础对象的值。但是我们定义的person类中，shared_ptr本身就是智能指针，因此无需定义额外的引用计数。但是如果是自我定义类，需要指向引用计数的指针，如下：Class Point public:Point() : xval(0), yval(0) Point(intx,inty) : xval(x), yval(y) Int x() constreturnxval; inty()constreturnyval; Point &x(intxv) xval = xv;return*this; Point &y(intyv) yval = yv;return*this; private:intxval, yval;其句柄类如下：classhandle public:Handle();Handle(int,int);Handle(constPoint &);Handle(constHandle &);Handle &operator=(constHandle &);Handle &x(int);Handle();private:Point *p;int*u;定义这样的句柄类，所有的句柄对象同时指向同一个基础对象，复制的时候只复制指针的值而不复制指针所指向的对象的值。但是如果某个句柄对象需要修改相应的基础对象的值，可以采用写时复制的方式，此时复制一份基础对象的值，然后对其做修改即可，注意此时要将新对象的引用计数置为1.句柄类能够在运行时绑定未知类型