C++ Handle(句柄) part1

本文是我学习C＋＋沉思录第6章的笔记

本文主要讲述了Handle类的概念，定义方法以及写时复制技术。

在前文(Surrogate代理类)的讲解中我们了解到了代理的实现方法.

代理类有很多好处,但是麻烦的是每次都得进行复制.如果该类是经常使用并且member很多的话,这样复制的消耗是十分客观的.

因此这里就要介绍另外一种代理类,Handle,也就是句柄类.

为何使用句柄类?

首先就是复制问题.前面有谈到,有些类内部数据很多,采用复制消耗非常大,这种情况下就必须采用句柄类来进行操作.

其次是由于函数的参数和返回值都是采用了复制进行自动传递.虽然c++中引用可以避免,但是很多情况下返回值采用引用并不明智.

对于采用指针的方式,可以解决问题,但是又会引入调用者对于动态管理内存的麻烦.而这往往是很多错误的根源.

何为句柄类呢?

句柄类可以理解为采用了引用计数的代理类.

其多个句柄共享了同一个被代理的类.通过引用计数的方式来减少复制以及内存管理.

其行为类似指针,因此也有智能指针之称,但其实差别很大.后面会有讲述.

句柄类例子:

先有一个简单的类Point

 1 class Point
 2 {/*{{{*/
 3 public:
 4     Point():_x(0),_y(0){}
 5     Point(int x,int y):_x(x),_y(y){}
 6     int x()const {return _x;}
 7     void x(int xv) { _x = xv;}
 8     int y()const { return _y;}
 9     void y(int yv) { _y = yv;}
10 private:
11     int _x;
12     int _y;
13 };/*}}}*/

接下来我们要定义其的Handle类.

我们的Handle类:

 1 class Handle
 2 {
 3 public:
 4     Handle():up(new UPoint){}
 5     Handle(int x,int y):up(new UPoint(x,y)){}
 6     Handle(const Point&p):up(new UPoint(p)){}
 7     Handle(const Handle &h);
 8     ~Handle();
 9     Handle& operator=(const Handle &h);
10     int x() const{ return up->p.x(); }
11     int y() const{ return up->p.y(); }
12     Handle& x(int);
13     Handle& y(int);
14 
15     
16 private:
17     UPoint *up;
18     void allocup();
19 };

这里说明我们的Handle和指针的不同之处.

也许有读者会对Handle有疑问,为什么不采用operator->来直接操作point呢?

其实顾虑就是operator->返回的是point的地址.也就是使用者可以轻易的获得point的地址进行操作,这并不是我们想要的.这也就是Handle也pointer不想同的地方.

UPoint是为了采用引用计数定义的数据结构

 1 //all member is private..only assess by Handle
 2 class UPoint
 3 {/*{{{*/
 4   friend class Handle;
 5   
 6   Point p;
 7   int u;//count
 8 
 9   UPoint():u(0){}
10   UPoint(const Point&pv):p(pv){}
11   UPoint(int x,int y):p(x,y),u(1){}
12   UPoint(const UPoint &up):p(up.p),u(1){}
13 };/*}}}*/

对于Handle类的操作,我们要在Handle类进行复制的时候,累加Handle指向的UPoint的计数值

即复制构造函数以及赋值函数

 1 Handle::Handle(const Handle &h)
 2     :up(h.up)
 3 {
 4   ++up->u;
 5 }
 6 
 7 Handle& Handle::operator=(const Handle &h)
 8 {
 9    ++h.up->u;
10   if (--up->u == 0)
11       delete up;
12   up = h.up;
13   return *this;
14 }

而对于析构函数,则是减小引用计数,如果减到0了,就说明没有其他的Handle指向了UPoint,因此我们要删除掉.

1 Handle::~Handle()
2 {
3    if (--up->u == 0)
4      delete up;
5 }

剩下的就是定义Handle对于Point的操作了.即Handle::x(int xv)和Handle::(int yv)了.

这里有2种写法.

一种是像指针一样,对于赋值,就直接修改指向的Point里面的值.这种方法有一个问题,即所以都指向这个Point的Handle类获取的x值都会变化.

代码:

 1 //point like
 2 Handle& Handle::x(int xv)
 3 {
 4   up->p.x(xv);
 5   return *this;
 6 }
 7 //point like
 8 Handle& Handle::y(int yv)
 9 {
10   up->p.y(yv);
11   return *this;
12 }

还有一种是写时复制技术,即每次对于共享的Point进行修改的时候都复制一份新的Point,然后进行修改.

这种技术在Handle中大量采用.在stl中,string也采用了同样的方法.

其额外开销很小,而效率也不差.

代码:

 1 void Handle::allocup()
 2 {
 3    if (up->u != 1)
 4    {
 5     --up->u;
 6     up = new UPoint(up->p);
 7    }
 8 }
 9 
10 Handle& Handle::x(int xv)
11 {
12    allocup();
13    up->p.x(xv);
14    return *this;
15 }
16 
17 Handle& Handle::y(int yv)
18 {
19    allocup();
20    up->p.y(yv);
21    return *this;
22 }