c++ 沉思录笔记——句柄（第二部分）

句柄：第二部分

前言

句柄第一部分：向类中添加句柄和引用计数，来通过仅控制引用计数来高效的“复制”该类对象。
缺点：为了把句柄 (Handle) 绑定到类 T(Point) 的对象上，必须定义一个具有类型为 T(Point) 的成员的新类 (UPoint)。
当要绑定这样的句柄 (Handle) 到一个继承自 T(Point) 的（静态的）未知类的对象时，这个缺点更明显（？？？）

另一种方法：将引用计数从数据中分离出来，把引用计数放入它自己的对象中，由 2 个对象，变成 3 个对象。

以下做详细介绍，为啥用 3 个数据结构取代两个就会有用。
先说结论：这样做会增加模块化的程度而没有增加额外的复杂性。

7.1 回顾上一章

假设我们有一个表示位图显示上某点坐标的类，以及一个包含一个 Point 和一个引用计数的新类 UPoint，以及一个包含指向 UPoint 对象的指针的句柄类。：

// 以下代码同上一章
class Point {
public:Point() : xval(0), yval(0) {}Point(int x, int y) : xval(x), yval(y) {}int x() const { return xval; }int y() const { return yval; }Point &x(int xv) { xval = xv; return *this; }Point &y(int yv) { yval = yv; return *this;}
private:int xval, yval;
};class SmallPoint : public Point {
/* ... */
}class UPoint {
private: // 所有成员都是privatefriend class Handle;Point p_; // 包含一个 Pointint u_;   // 引用计数数据UPoint() : u_(1) {}UPoint(int x, int y) : p_(x, y), u_(1) {}explicit UPoint(const Point &p) : p_(p), u_(1) {}
};// 
class Handle {
public:Handle();Handle(int,int);Handle(const Point&);Handle(const Handle&);Handle& operator= (const Handle&);~Hanlde();
public:int x() const;Handle& x(int);int y() const;Handle& y(int);
private:// 添加的UPoint *up;
};

7.2 分离引用计数

上一章说我们需要创建一个依赖于 Point 类的新类 (UPoint)，这样做对于特定的类而言是很友好的，但是却很难把句柄 (Handle) 绑定到 Point 派生类的对象中。
原因：当我们定义句柄类 (Handle) 的时候，可能还不知道所有相关的类型。

如果把引用计数从 Point 类中抽出来，就要改变 Handle 类的实现：

class Handle {
public:// 和前面一样Handle();Handle(int,int);Handle(const Point&);Handle(const Handle&);Handle& operator= (const Handle&);~Hanlde();
private:// UPoint *up; // 去掉，使用下面的来替代它Point* p_;   // 指向 Point 类的指针int* u_;     // 指向引用计数的指针
};

关键点：使用 Point* 可以让 Handle 绑定到 Point 类的对象及其派生类的对象上。
Handle 类普通的构造函数：它们可以为引用计数和数据分配内存，并且还能设置引用计数为 1。

// Handle 类普通的构造函数：它们可以为引用计数和数据分配内存，并且还能设置引用计数为 1
Handle::Handle() : u_(new int(1)), p_(new Point) { }
Handle::Handle(int x, int y) : u_(new int(1)), p_(new Point(x, y)) { }
Handle::Handle(const Point& p) : u_(new int(1)), p_(new Point(p)) { }

复制和赋值构造函数：当把一个句柄赋值给它自身时，先将右侧句柄所指向对象的引用计数加1，再递减左侧句柄所指向对象的引用计数。

// 复制相应数据，并引用计数 +1
Handle::Handle(const Handle& h) : u_(h.u_), p_(h.p_) { ++*u_; }
// 赋值
Handle::Handle& operator= (const Handle& h) {// 先将右侧句柄所指向对象的引用计数加 1++*h.u_;// 如果左侧句柄所指向对象的引用计数减 1 后等于0，那么释放对应对象所占用的空间if (--*u_ == 0) {delete u_;delete p_;}// 开始赋值u_ = h.u_;p_ = p.u_;// 返回当前对象本身 ( Handle& => return *this;)return *this;
}

析构函数

Handle::~Handle() {// 首先引用计数要 -1// 如果引用计数 -1 后，其引用计数为 0，那么释放当前对象的申请的空间if (--*u_ == 0) {delete u_;delete p_;}
}

为了简化 Handle 类对 绑定对象和引用计数的操作，开始抽象关于引用计数的工作。

7.3 对引用计数的抽象

首先引用计数类要包含一个指向int的指针，构造函数、析构函数、复制构造函数和赋值操作符。

class Point {
public:Point() : xval(0), yval(0) {}Point(int x, int y) : xval(x), yval(y) {}int x() const { return xval; }int y() const { return yval; }Point &x(int xv) { xval = xv; return *this; }Point &y(int yv) { yval = yv; return *this;}
private:int xval, yval;
};class UseCount {
public:// 默认构造函数，初始话引用计数为 1UseCount() : count(new int(1)) {  }// 描述 UseCount 对象是不是唯一指向它的引用计数的对象，也就是它的引用计数是否为 1bool only() { return *count == 1;}// 赋值操作符的作用！！！bool reattach(const UseCount& u) {// 加右边++*u.count;// 减左边if ( --*count == 0) {delete count;count = u.count;return true;}count = u.count;return false;}
private:UseCount& operator=(const UseCount& u) {// 等号右边是 u，右边的引用计数加 1++*u.count;// 等号左边是 this, 左边引用计数减 1if(--*count == 0) { // 如果减 1 后，引用计数为 0, 那么释放申请的空间delete count;}count = u.count;return *this;}
private:int* count;
};

重写 Handle 类

class Handle {
public:// 构造函数可以依赖默认 UseCount 构造函数的行为Handle() : p(new Point) { }Handle(int x, int y) : p(new Point(x, y)) { }Handle(const Point& p0) : p(new Point(p0)) { }Handle(const Handle& h) : p(h.p), u(h.u) { }Handle& operator= (const Handle& h) {if (u.reattach(h.u)) {delete p;}p = h.p;// 返回对象本身的引用  Handle& --- return *this;return *this;}~Hanlde() {if (u.only())delete p;}
private:Point* p;UseCount* u;
};

问题：析构函数如何实现？
它需要知道引用计数是否要变成 0，以便知道要不要删除句柄的数据。
由于类 UseCount 不提供这个信息，我们新加一个 only() 的成员，该成员描述 UseCount 对象是不是唯一指向它的引用计数的对象，也就是它的引用计数是否为 1？

bool UseCount::only() { return *count == 1;}

Handle 的赋值操作符
它需要几种类 UseCount 不支持的操作：

• 对一个计数器的值增 1，对另一个计数器的值减 1，可能还需要删除一个计数器。
• 以后还要决定是否删除已赋值的数据。

7.4 存取函数和写时复制

以下实现Point对象的单个元素的读写。
同第6章，使用 写时复制 实现值语义！
在改变 Point 的组件之前，要确定它的句柄是当前唯一使用该特定 Point 对象的句柄。使用 UseCount::only() 虽然可以查到是都是唯一的，但是却不能强制这个句柄成为唯一的一个。
增加另一个成员 UseCount::makeonly()强制这个句柄成为唯一的一个。

class UseCount {
public:bool makeonly() {// 如果引用计数为 1，代表只有这一个句柄指向这个对象if (*count == 1)return false;// 如果不等于 1，代表有多个句柄指向该对象，所以我们需要减少引用计数，为了产生新的句柄对象--*count;count = new int(1);return true;}
};

存取函数

// 读
int Handle::x() const { return p->x(); }// 写（值语义）
// 首先确定 Point 的句柄 Handle 是当前唯一使用 Point 对象的句柄。
// Point* p;
Handle* Handle::x(int x0) {if (u.makeonly()) {// 如果不是唯一的句柄，减少引用计数，为了产生新的对象，使其不干扰原来的对象。p = new Point(*p);} else {// 代表只有这一个句柄指向这个对象，// 既然要修改这个对象的值，那么直接改原对象就可以了。}p->x(x0);return *this;
}
// 写（指针语义）
Handle &Handle::x(int x0) {p->x(x0);return *this ;
}