《c++沉思录》学习笔记三——句柄类

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前一篇文章提到了代理类，这个类能让我们在一个容器中存储类型不同但相互关联的对象。创建代理将会复制所代理的对象，如果想避免这些复制该怎么办？

通常参数和返回值是通过复制自动传递的，用引用传递参数可以避免这样的复制，但是这样对返回值来说不太容易（比如局部对象）。同样可以用指针来避免复制，但是使用指针有几个问题：

（1）使用对象指针比直接使用对象要困难。

（2）未初始化的指针非常危险，在c++实现中，只要对这样的指针实施复制操作就会出现问题。

（3）无论何时，只要有几个指针指向同一个对象，就必须考虑在什么时候删除这个对象。

为了能够在保持多态性的前提下避免复制对象，c++解决方法就是定义句柄类，将句柄类的对象绑定到它们所控制的类的对象上。

一 怎样绑定？ 这里有两种选择：

（1）可以创建自己的对象并把它赋给一个handle去进行复制。

有对象p， 则 Handle h(p) 将创建p的一个副本，并将handle绑定到该副本。handle 可以控制对该对象副本的操作。

（2）可以把用于创建对象的参数传递给这个handle

    有类Point ，创建一个对象方式为：Point p(123,456). 则Handle h(123, 456) 将创建一个句柄，该句柄绑定到point(123,456)。

从效果上说，handle就是一种只包含单个对象的容器。

二 已经将句柄绑定到对象，怎样获取对象？

要是一个handle在行为上类似一个指针，则可以使用operator->将handle的所有操作都转发给相应的Point操作来执行。Point* operator->();    Point * addr = h.operator->() 这样就可以获取对象地址了。如果我们希望handle能够对对象的分配和回收拥有完全的控制权，则最好能够阻止用户直接获得对象的实际地址。所以，如果想把真实的地址隐藏起来，就必须避免使用operator->，而且必须明确的选择让我们的handle类支持哪些Point操作。

三 句柄类已经设计好了，它到底怎样避免对象复制的？

考虑函数传参的问题，把一个句柄作为参数传给函数，我们希望的是复制句柄而不复制对象。为此，我们必须了解有多少个句柄绑定到同一个对象上，只有这样才能确定在何时删除对象，通常使用引用计数来达到这个目的。重新设计一个引用计数类，这个类包含一个引用计数和一个Point对象，称之为UPoint。个人感觉这个UPoint就是更高一层次的抽象，以后handle只要和UPoint打交道就行了，然后由UPoint和Point打交道。UPoint的全部构造方式和Point的一样。这个类纯粹是为了实现而设计的，实际运用中根本没有这个类。因此其所有成员函数都设为私有。以下是几个类的实现代码，有详细注释：

#include <iostream>using namespace std;class Point{private:int xval, yval;public:Point() : xval(0), yval(0){   cout << "Point" << endl;}Point(int x, int y) : xval(x), yval(y){   cout << "Point" << endl;}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;}~Point(){   cout << "~Point" << endl;}};class UPoint    //这个类对用户来说是不可见的, 就是一个间接层{friend class Handle;Point p;    //Point对象int u;     //计数器UPoint():u(1)   //提供所有的point的构造方式{   cout << "UPoint::" << u << endl;}UPoint(int x, int y):p(x, y), u(1){   cout << "UPoint::" << u << endl;}UPoint(const Point &p0) : p(p0), u(1){   cout << "UPoint::" << u << endl;}~UPoint(){   cout << "~UPoint::" << u << endl;}};class Handle{private:UPoint *up;    //和间接层UPoint打交道了public:Handle();Handle(int, int);Handle(const Point&);Handle(const Handle&);Handle& operator=(const Handle&);~Handle();int x() const;Handle& x(int);int y() const;Handle& y(int);};Handle::Handle():up(new UPoint){cout << "Handle::" <<up->u << endl; }Handle::Handle(int x, int y):up(new UPoint(x, y)) //按创建Point的方式构造handle，handle->UPoint->Point{cout << "Handle::" <<up->u << endl;}Handle::Handle(const Point &p):up(new UPoint(p)) //创建Point的副本{cout << "Handle::" <<up->u << endl;}Handle::~Handle(){if(--up->u == 0){   cout << "~Handle::" <<up->u << endl;   delete up;}else{   cout << "~Handle::" <<up->u << endl;}}Handle::Handle(const Handle &h):up(h.up){++up->u;       //此处复制的是handle，但是底层的point对象并未复制，只是引用计数加1cout << "Handle::" <<up->u << endl;}Handle& Handle::operator=(const Handle &h){++h.up->u;       //右边的对象引用计数加1，左边的减1if(--up->u == 0)   delete up;up = h.up;cout << "Handle::" <<up->u << endl;return *this;}int Handle::x() const{return up->p.x();}int Handle::y() const{return up->p.y();}void f(Handle h)   //测试函数，复制handle，但未复制Point{cout << h.x() << h.y() << endl;}int main(){Handle h(3,5);cout << h.x() << h.y() << endl;f(h);return 0;}

个人评价：句柄和指针有许多相同之处，这所以使用句柄而不是指针是因为指针具有安全性问题，直接把内存地址给用户使用是十分危险的，这里的句柄在实现是采用了指针加使用计数器，这样可以避免更多的内存复制。