VTK智能指针

文章目录

    • 一、VTK中的New函数
    • 二、引用计数
    • 三、VTK中的智能指针
    • 四、运行时类型识别

一、VTK中的New函数

在 VTK（Visualization Toolkit）中，New() 函数是创建 VTK 对象的主要方式。它是每个 VTK 类的一个静态方法，专门用于分配和初始化对象，并且与 VTK 的内存管理机制密切相关。

1.New函数的作用

  • 动态分配内存：New() 使用堆内存分配来创建对象（类似于 C++ 中的 new 操作符）。
  • 初始化引用计数：在调用 New() 时，分配的对象会将其引用计数初始化为 1，便于与 VTK 的智能指针（如 vtkSmartPointer）配合使用。
  • 保证对象实例化：所有 VTK 对象的实例化都通过其工厂机制实现，确保对象的创建符合 VTK 的设计要求。

2.使用 New创建对象
以下是使用 New() 的常见步骤和示例：

#include <vtkSphereSource.h>int main() {// 使用 New() 创建 vtkSphereSource 对象vtkSphereSource* sphere = vtkSphereSource::New();// 设置一些属性sphere->SetRadius(5.0);sphere->SetPhiResolution(20);sphere->SetThetaResolution(20);// 调用 Update() 方法生成几何体sphere->Update();// 使用完对象后，需要手动释放内存sphere->Delete();return 0;
}

3.New与内存管理

  • 使用 New() 创建的对象默认引用计数为 1。
  • 在对象使用完毕后，必须调用 Delete() 手动释放内存。
  • 如果未调用 Delete()，将会导致内存泄漏。
vtkClass* obj = vtkClass::New();
// 使用对象
obj->DoSomething();
// 手动释放内存
obj->Delete();

与智能指针结合:
建议结合 vtkSmartPointer 使用 New()，让智能指针自动管理内存，避免手动调用 Delete()。

vtkSmartPointer<vtkClass> obj = vtkSmartPointer<vtkClass>::New();
obj->DoSomething();

4.与工厂机制的关系
VTK 的对象创建通常由其内部的工厂机制处理。New() 是类工厂的一部分，用于抽象具体的实例化逻辑。如果启用了对象的派生工厂机制，New() 会返回派生类的实例，而不是基类。

#include <vtkObjectFactory.h>
#include <vtkSphereSource.h>// 自定义类继承自 vtkSphereSource
class CustomSphereSource : public vtkSphereSource {
public:static CustomSphereSource* New();vtkTypeMacro(CustomSphereSource, vtkSphereSource);void PrintSelf(ostream& os, vtkIndent indent) override {this->Superclass::PrintSelf(os, indent);os << "CustomSphereSource Object" << std::endl;}
};// 注册自定义类到工厂
vtkStandardNewMacro(CustomSphereSource);// 使用工厂机制
int main() {vtkSphereSource* sphere = vtkSphereSource::New();sphere->PrintSelf(std::cout, vtkIndent());sphere->Delete();  // 手动删除return 0;
}

二、引用计数

如果很多对象有相同的值，在程序里没有必要将这个值存储多次。更好的办法是让所有的对象共享这个值。这么做不但节省内存，而且可以使程序运行的更快，因为不需要构造和析构这个值的副本。引用计数就是这样一个技巧，它允许多个相同值的对象共享某个值。引用计数是个简单的垃圾回收体系，只要其他对象引用某对象（记为对象O），对象O就会增加一个引用计数，当最后引用对象O的对象移除，O对象就会自动析构，VTK里使用引用计数的好处是，可以实现数据之间的共享而不是复制，从而达到节省内存的目的。

#include <QDebug>
#include <vtkBMPReader.h>
#include <vtkSmartPointer.h>
#include <vtkImageData.h>int main(int argc, char *argv[])
{QApplication a(argc, argv);vtkSmartPointer<vtkBMPReader> reader = vtkSmartPointer<vtkBMPReader>::New();reader->SetFileName("./vtk-logo.bmp");reader->Update();qDebug() << "Reference_0:" << reader->GetOutput()->GetReferenceCount();vtkSmartPointer<vtkImageData> image1 = reader->GetOutput();qDebug() << "Reference_1:" << reader->GetOutput()->GetReferenceCount();qDebug() << "image1:" << image1->GetReferenceCount();vtkSmartPointer<vtkImageData> image2 = reader->GetOutput();qDebug() << "Reference_2:" << reader->GetOutput()->GetReferenceCount();qDebug() << "image2:" << image1->GetReferenceCount();return a.exec();
}

输出结果如下所示：
在这里插入图片描述
上述示例先使用vtkBMPReader读入一幅BMP图像，在赋值之前输出了reader->GetOutput()的引用计数值，其值为1（使用方法New()创建对象以后，初始的引用计数值就等于1）；然后创建了一个vtkImageData类型的对象image1，并把reader的输出赋给了image1，这时image1就指向了reader的输出，即reader的输出多了一个引用，这时输出的reader->GetOutput()和image1的引用计数都为2；接着又创建一个类型同样为vtkImageData的对象image2，同样把reader的输出赋值给了image2，这时image2也指向reader的输出，即reader的输出又多了一个引用计数，所以输出的reader->GetOutput()和image2的引用计数值变成了3。一旦某个对象的引用计数等于0，就表明没有别的对象再引用它，它的使命也就宣告完成了，程序就会自动析构这个对象，在上述示例中看不到引用计数减少的原因是使用了智能指针vtkSmartPointer，只要程序不结束，引用计数就不会减少。

三、VTK中的智能指针

智能指针会自动管理引用计数的增加与减少，若检测到某对象的引用计数减少为0，则会自动释放该对象的资源，从而达到自动管理内存的目的。上述内容已经介绍过，在VTK中创建一个对象可以用两种方法，一种是使用vtkObjectBase里的静态成员变量New()，用Delete()方法析构；另一种就是示例中使用多次的智能指针vtkSmartPointer。
对于第一种方法，用 New()创建的对象，程序最后必须调用 Delete()方法使引用计数减1，而且由于 vtkObjectBase 及其子类的构造函数都是声明为受保护的，这意味着它们不能在栈区（栈和堆的区别：栈区上的内存是由编译器自动分配与释放的，堆区上的内存则是由程序员分配和手动释放的。）上分配内存，比如：

vtkBMPReader* reader = vkBMPReader:New(); //创建 VtkBMPReader 对象
......
reader->delete(); // 程序最后要调用Delete(),这里并没有直接析构对象，而是使引用计数减1

使用New()创建的对象，如果没有用Delete()方法删除，程序有可能会出现内存泄漏，即用户负责对象内存的管理。若使用智能指针创建对象，则无需手动调用 Delete()方法减少引用计数，因为引用计数的增加与减少都是由智能指针自动完成的。使用智能指针时，首先要包含智能指针的头文件vtkSmartPointer.h。vtkSmartPointer 是一个模板类，所需的模板参数就是待创建的对象的类名，例如：

vtkSmartPointer<vtkImageData> image = vtkSmartPointer<vtkImageData>::New();

注意上面的一行代码等号右边写法，不能写为：

vtkSmartPointer<vtkImageData> image = vtkImageData::New();

也就是说，不能把对象的原始指针赋给智能指针，上述代码编译时可以通过，但程序退出时会有内存泄漏的问题。

如果没有给对象分配内存，仍然可以使用智能指针，比如：

vtkSmartPointer<vtkBMPReader> reader = vtkSmartPointer<vtkBMPReader>::New();
vtkImageData* imageData = reader->GetOutput();

或者写为：

vtkSmartPointer<vtkImageData> imageData = reader->GetOutput();

第一种情况，当reader超出其作用域时，数据即会被删除；第二种情况，使用了智能指针，所以数据的引用计数会自动加1，除非reader和imageData都超出它们的作用域，数据才会被删除。

四、运行时类型识别

在C++里，对象类型是通过 typeid（需要包含头文件#include <type_info>）获取的：VTK里在 vtkObjectBase 定义了获取对象类型的方法—GetClassName()和 IsA()。GetClassName()返回的是该对象类名的字符串（VTK 用类名来识别各个对象），如：

vtkSmartPointer<vkBMPReader> reader =  vikSmartPoinler<vkBMPReader>:New()：
const char* bype = reader->GeiClassName();/返回“vkKBMPReader”字符串

ISA()方法用于测试某个对象是否为指定字符串的类型或其子类类型，比如：

if (reader->IsA("vtkImageReader")) { ...... }; //这里IsA()会返回真

类比 C++里的操作 RTTI（Real-time tpe inforpation）操作符，除了typeid 之外，还有dynamic_cast，主要用于基类向子类的类型转换，称为向下转型。VTK 里同样提供了类似的方法，也就是 vtkObject 里定义的 SafeDownCast()，它是 vtkObject 里的静态成员函数，意味着它是属于类，而不是属于对象的，即可以用 vtkObject:SafeDownCast0直接调用，比如：

vtkSmartPointer<vtkImageReader> readerBase = vtkSmartPointer<vtkImageReader>::New();
vtkBMPReader* bmpReader = vtkBMPReader::SafeDownCast(readerBase);

与 dynamic_cast 类似，SafeDownCast 也是运行时才转换的，这种转换只有当 bmpReader确实是readerBase的派生类时才生效，否则返回空指针。除了运行时类型识别，vtkObjectBase 还提供了用于调试的状态输出接口 Prin()，其调用内部 PrintSelf()、PrintHeader()、PrintTrailer(）等函数实现。在调试 VTK 程序时，如果需要输出某个对象的状态信息时，一般都是调用 Print()函数，如：

bmpReader->Print(std::cout);

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