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本文目的是实现一个实用的对C++类计数的类,同时在实现过程中指出一些容易为人忽视的C++知识。 要实现一个类的对象(实例)计数,即程序运行中此类有多少个对象存在,最容易的实现方法是使用静态数据成员。如下: 01. class Widget { 02. public : 03.
Widget() { ++count; } 04.
Widget( const Widget&) 05.
~Widget() { --count; } 06.
07.
static size_t howMany() 08.
{ return count; } 09.
10. private : 11.
static size_t count; 12. }; 13.
14. //cpp文件中 15. size_t Widget::count = 0; 注意构造函数也要增加计数,这一点很多人容易忘记。 但是如果程序中有多个需要实例计数的类,则在每个类中加入上面代码未免繁琐、易错。这种情况下,最好是实现一个通用计数类。它应该具备一下特点: 易于使用:任何需要计数的类(以下简称客户类)只要添加少数代码即可使用; 有效率:不增加客户类大小,对客户类性能没有影响; 健壮:客户类使用时,不容易误用。 下面我们将逐步实现并完善这个通用的计数类。 01. class Counter { 02. public : 03.
Counter() { ++count; } 04.
Counter( const Counter&) 05.
~Counter() { --count; } 06.
static size_t howMany() 07.
{ return count; } 08.
09. private : 10.
static size_t count; 11. }; 12.
13. // This still goes in an implementation file 14. size_t Counter::count = 0; 上面这个Counter类能否正确完成计数呢?例如:Widget类利用它来进行实例计数: 01. // embed a Counter to count objects 02. class Widget { 03. public : 04.
..... // all the usual public 05.
// Widget stuff 06.
static size_t howMany() 07.
{ return Counter::howMany(); } 08. private : 09.
..... // all the usual private 10.
// Widget stuff 11.
Counter c; 12. }; 13.
14. //or: 15.
16. // inherit from Counter to count objects 17. class Widget: public Counter { 18.
..... // all the usual public 19.
// Widget stuff 20. private : 21.
..... // all the usual private 22.
// Widget stuff 23. }; 对于Widget本身来说,Counter完成了任务。然而,如果我们在同一进程中还需要利用Counter来计数Fish类,显然,Counter就不能胜任,因为它只有一个静态成员变量,它会将Widget和Fish的个数一起统计。这个方案不行,怎么办?用模板!如下: 01. template 02. class Counter { 03. public : 04.
Counter() { ++count; } 05.
Counter( const Counter&) 06.
~Counter() { --count; } 07.
08.
static size_t howMany() 09.
{ return count; } 10.
11. private : 12.
static size_t count; 13. }; 14.
15. // this now can go in header 16. template size_t Counter::count = 0; 则上面的实现变成: 01. // embed a Counter to count objects 02. class Widget { 03. public : 04.
..... 05.
static size_t howMany() 06.
{ return Counter::howMany();} 07. private : 08.
..... 09.
Counter c; 10. }; 11.
12. //or: 13.
14. // inherit from Counter to count objects 15. class Widget: public Counter { 16.
..... 17. }; 这样,其他类就可以使用Counter计数自己的实例了,它们将互不影响。 上面两种方案都可正确实现计数,我们继续探讨这两种方案的优缺点。 首先讲public继承,即class Widget: public Counter这种方案:有经验的读者肯定会想到基类Counter的析构函数要变为虚函数。否则通过基类指针delete派生类时,结果未定义(可能导致程序crash或其他) 1. Counter *pw = new Widget; // get base class ptr to derived class object 2. ...... 3. delete pw; // yields undefined results if the base class lacks a virtual destructor 但一旦Counter有虚析构函数,就会给类带入vTable,多占用了空间并影响客户类的效率。解决方法可以是将析构函数作为protected成员。这样就不能delete pw,因为它会导致编译错误。 1. template 2. class Counter { 3. public : 4.
..... 5. protected : 6.
~Counter() { --count; } 7.
..... 8. }; 其次,Counter作为客户类的成员变量这种方案(这时Counter的析构函数必须public)。一个明显的缺点是客户类必须定义Counter为其成员变量同时还得定义一个inline函数以调用Counter类得HowMany函数。另一个较隐蔽的缺点:它增大了客户类所占用的内存。Counter类没有非静态成员变量,有人就可能会认为Counter对象的大小为0,其实不然,C++规定所有对象的大小最小必须为1字节。所以这用方案增加了客户类的大小。使用派生则不一样,基类size可以0,所以public继承方案不会增加客户类的大小。 除了上面两种方案,还可以使用private继承,即class Widget: private Counter。类似于第一种方案: 1. class Widget: private Counter { 2. public : 3.
// make howMany public 4.
using Counter::howMany; 5.
6.
..... // rest of Widget is unchanged 7. }; 它直接防止下面的代码: 1. Counter *pw = new Widget; //私有继承不允许这样转换 综合看来,public继承方案已经比较完善了。然而,还是有些值得注意的地方。假如有另一个类SpecialWidget,其继承于Widget,对类SpecialWidget的对象计数就只能如下: 1. class SpecialWidget: public Widget, 2.
public Counter { 3. public : 4. }; 这样,对SpecialWidget的对象计数是正确的,但对Widget对象的计数是错误的。这时Widget的计数是Widget类的所有对象SpecialWidget类的所有对象的总和。为什么?因为每创建一个SpecialWidget对象,Widget构造函数就要调用一次,就增加一次计数。 总结 用模板实现的这个对象计数类可以满足绝大多数需求,但不适用于计数有继承关系的类。本文的核心思想来源于CUG上C++大师Scott Meyers的一篇文章并有所改动。 |