實(shí)現(xiàn)一個(gè)使用的C++對象計(jì)數(shù)
本文目的是實(shí)現(xiàn)一個(gè)實(shí)用的對C++類計(jì)數(shù)的類，同時(shí)在實(shí)現(xiàn)過程中指出一些容易為人忽視的C++知識(shí)。
要實(shí)現(xiàn)一個(gè)類的對象（實(shí)例）計(jì)數(shù)，即程序運(yùn)行中此類有多少個(gè)對象存在，最容易的實(shí)現(xiàn)方法是使用靜態(tài)數(shù)據(jù)成員。如下：
?01.classWidget {02.public:03.Widget() { ++count; }04.Widget(constWidget&)
{ ++count; } 05.~Widget() { --count; }06.07.staticsize_thowMany() 08.{returncount; } 09.10.private:11.staticsize_tcount; 12.};13.14.//cpp文件中15.size_tWidget::count = 0;
注意構(gòu)造函數(shù)也要增加計(jì)數(shù)，這一點(diǎn)很多人容易忘記。
但是如果程序中有多個(gè)需要實(shí)例計(jì)數(shù)的類，則在每個(gè)類中加入上面代碼未免繁瑣、易錯(cuò)。這種情況下，最好是實(shí)現(xiàn)一個(gè)通用計(jì)數(shù)類。它應(yīng)該具備一下特點(diǎn)：
易于使用：任何需要計(jì)數(shù)的類（以下簡稱客戶類）只要添加少數(shù)代碼即可使用；
有效率：不增加客戶類大小，對客戶類性能沒有影響；
健壯：客戶類使用時(shí)，不容易誤用。
下面我們將逐步實(shí)現(xiàn)并完善這個(gè)通用的計(jì)數(shù)類。
?01.classCounter {02.public:03.Counter() { ++count; }04.Counter(constCounter&)
{ ++count; } 05.~Counter() { --count; }06.staticsize_thowMany() 07.{returncount; } 08.09.private:10.staticsize_tcount; 11.};12.13.// This still goes in an implementation file14.size_tCounter::count = 0;
上面這個(gè)Counter類能否正確完成計(jì)數(shù)呢？例如：Widget類利用它來進(jìn)行實(shí)例計(jì)數(shù)：
?01.// embed a Counter to count objects02.classWidget {03.public:04......// all the usual public05.// Widget stuff06.staticsize_thowMany() 07.{returnCounter::howMany(); }08.private:09......// all the usual private10.// Widget stuff11.Counter c;12.};13.14.//or:15.16.// inherit from Counter to count objects17.classWidget:public Counter { 18......// all the usual public19.// Widget stuff20.private:21......// all the usual private22.// Widget stuff23.};
對于Widget本身來說，Counter完成了任務(wù)。然而，如果我們在同一進(jìn)程中還需要利用Counter來計(jì)數(shù)Fish類，顯然，Counter就不能勝任，因?yàn)樗挥幸粋€(gè)靜態(tài)成員變量，它會(huì)將Widget和Fish的個(gè)數(shù)一起統(tǒng)計(jì)。這個(gè)方案不行，怎么辦？用模板！如下：
?01.template02.classCounter {03.public:04.Counter() { ++count; }05.Counter(constCounter&)
{ ++count; } 06.~Counter() { --count; }07.08.staticsize_thowMany() 09.{returncount; } 10.11.private:12.staticsize_tcount; 13.};14.15.// this now can go in header16.templatesize_tCounter::count = 0;
則上面的實(shí)現(xiàn)變成：
?01.// embed a Counter to count objects02.classWidget {03.public:04......05.staticsize_thowMany() 06.{returnCounter::howMany();}07.private:08......09.Counter c;10.};11.12.//or:13.14.// inherit from Counter to count objects15.classWidget:public Counter { 16......17.};
這樣，其他類就可以使用Counter計(jì)數(shù)自己的實(shí)例了，它們將互不影響。
上面兩種方案都可正確實(shí)現(xiàn)計(jì)數(shù)，我們繼續(xù)探討這兩種方案的優(yōu)缺點(diǎn)。
首先講public繼承，即class Widget: public Counter這種方案：有經(jīng)驗(yàn)的讀者肯定會(huì)想到基類Counter的析構(gòu)函數(shù)要變?yōu)樘摵瘮?shù)。否則通過基類指針delete派生類時(shí)，結(jié)果未定義（可能導(dǎo)致程序crash或其他）
?1.Counter *pw =newWidget; // get base class ptr to derived class object2.......3.deletepw;// yields undefined results if the base class lacks a virtual destructor
但一旦Counter有虛析構(gòu)函數(shù)，就會(huì)給類帶入vTable，多占用了空間并影響客戶類的效率。解決方法可以是將析構(gòu)函數(shù)作為protected成員。這樣就不能delete pw，因?yàn)樗鼤?huì)導(dǎo)致編譯錯(cuò)誤。
?1.template2.classCounter {3.public:4......5.protected:6.~Counter() { --count; }7......8.};
其次，Counter作為客戶類的成員變量這種方案（這時(shí)Counter的析構(gòu)函數(shù)必須public）。一個(gè)明顯的缺點(diǎn)是客戶類必須定義Counter為其成員變量同時(shí)還得定義一個(gè)inline函數(shù)以調(diào)用Counter類得HowMany函數(shù)。另一個(gè)較隱蔽的缺點(diǎn)：它增大了客戶類所占用的內(nèi)存。Counter類沒有非靜態(tài)成員變量，有人就可能會(huì)認(rèn)為Counter對象的大小為0，其實(shí)不然，C++規(guī)定所有對象的大小最小必須為1字節(jié)。所以這用方案增加了客戶類的大小。使用派生則不一樣，基類size可以0，所以public繼承方案不會(huì)增加客戶類的大小。
除了上面兩種方案，還可以使用private繼承，即class Widget: private Counter。類似于第一種方案：
?1.classWidget:private Counter { 2.public:3.// make howMany public4.usingCounter::howMany;5.6......// rest of Widget is unchanged7.};
它直接防止下面的代碼：
?1.Counter *pw =newWidget; //私有繼承不允許這樣轉(zhuǎn)換
綜合看來，public繼承方案已經(jīng)比較完善了。然而，還是有些值得注意的地方。假如有另一個(gè)類SpecialWidget，其繼承于Widget，對類SpecialWidget的對象計(jì)數(shù)就只能如下：
?1.classSpecialWidget:publicWidget, 2.publicCounter {3.public:4.};
這樣，對SpecialWidget的對象計(jì)數(shù)是正確的，但對Widget對象的計(jì)數(shù)是錯(cuò)誤的。這時(shí)Widget的計(jì)數(shù)是Widget類的所有對象SpecialWidget類的所有對象的總和。為什么？因?yàn)槊縿?chuàng)建一個(gè)SpecialWidget對象，Widget構(gòu)造函數(shù)就要調(diào)用一次，就增加一次計(jì)數(shù)。
總結(jié)
用模板實(shí)現(xiàn)的這個(gè)對象計(jì)數(shù)類可以滿足絕大多數(shù)需求，但不適用于計(jì)數(shù)有繼承關(guān)系的類。本文的核心思想來源于CUG上C++大師Scott Meyers的一篇文章并有所改動(dòng)。
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