Loki库使用（1）

 Loki库使用（1）
2012-11-07 16:44 7090人阅读 评论(2) 收藏 举报
目录(?)[+]
C++设计模式类库 Loki介绍与用法
Loki是由Andrei编写的一个与《Modern C++ Design》（C++设计新思维）一书配套发行的C++代码库。
它不仅把C++模板的功能发挥到了极致，而且把类似设计模式这样思想层面的东西通过库来提供。
本篇文章介绍如何利用Loki来轻松地实现一些设计模式。
由于Loki使用了大量牛X到爆的模板技巧，对编译器的要求是很苛刻的，官方兼容列表里只列出了VC7.1以上版本及GCC3.4以上版本。如果你象我一样喜欢用C++Builder6或VC6，可以去下载《Modern C++ Design》配套源码，那里面的Loki提供了对其它不兼容编译器的移植代码，只是版本低了一点，有些接口有些差别。
最后，BTW，《Modern C++ Design》确实是一本好书，在这里也顺便推荐一下^_^
Loki的下载地址是http://sourceforge.net/projects/loki-lib/，目前最新版本是Loki 0.1.7，后面的代码都使用这个版本作为测试标准。
编译
Loki库提供了N多种编译途经，你可以直接打开项目文件（VC、Code::Block、Cpp-Dev等IDE）编译，也可以用传统的makefile来make，还可以直接用批处理文件编译。象我这种被IDE惯坏的人，一般都是直接把src目录里的代码加入到项目中了事。
Singleton模式(单件模式)
Singleton模式确保一个类在系统中只有一个实例。比如一个窗口系统中只能有一个鼠标对象，只有一个屏幕对象，一个剪切板对象...。我们可以用一个全局变量来做这些工作，但它不能防止实例化多个对象。一个更好的办法是让类自身保存它的唯一实例，并且不允许创建其它实例，这就是Singleton模式。
Loki库的SingletonHolder类提供了对Singleton模式的支持
头文件
#include <loki/Singleton.h>
类型定义
template<
    typename T,
    template< class > class CreationPolicy = CreateUsingNew,
    template< class > class LifetimePolicy = DefaultLifetime,
    template< class, class > class ThreadingModel = ::Loki::SingleThreaded,
    class MutexPolicy = ::Loki::Mutex>
class Loki::SingletonHolder;
Loki的类大部分都是基于策略编程的，其中最主要的是CreationPolicy，它决定了怎样生成一个类实例，可选的有：
template<template<class> class Alloc> struct CreateUsing; 在分配器分配的内存中生成实例，如
template <class T> struct CreateStatic 生成静态实例
template <class T> struct CreateUsingMalloc 使用malloc申请内存并在其中生成实例
template <class T> struct CreateUsingNew 使用new生成实例（默认）
示例代码
class MyClass{
public:
    // 有默认构造
    MyClass(){;}
    // 显示自己所在的内存地址，用以区分是否是同一个对象
    void ShowPtr()
    {
        std::cout << this << std::endl;
    }
};
// 定义Singleton的MyClass
typedef Loki::SingletonHolder<MyClass> MyClassSingleton;
 
int _tmain(int argc, _TCHAR* argv[])
{
    // 通过Instance()静态方法取得MyClass实例
    MyClass& v = MyClassSingleton::Instance();
    v.ShowPtr();
    // MyClassSingleton::Instance()总是返回同一个MyClass实例
    MyClassSingleton::Instance().ShowPtr();
    return 0;
}
Loki::SingletonHolder默认的CreationPolicy策略要求类必须有默认构造，如MyClass这样。如果需要包装没有默认构造的类的话，我们就得自定义一个CreationPolicy策略，好在CreationPolicy策略比较简单，先看看Loki中默认的CreateUsingNew吧:
template <class T> struct CreateUsingNew
{
    static T* Create()
    { return new T; }
 
    static void Destroy(T* p)
    { delete p; }
};
呵呵，简单吧，只是简单的Create和Destroy而已。
我们只要修改Create()静态方法，new一个自己的对象就可以了，当然随便多少构造参数都可以在这里写上去啦。另外，如有必要，也可以做一些其它初始工作哦。
class MyClass2{
public:
    // 构造里要求两个整数
    MyClass2(int,int){;}
    void ShowPtr()
    {
        std::cout << this << std::endl;
    }
};
// 我们自己的CreationPolicy策略
template<class T>
class CreateMyClass2UsingNew:
    public Loki::CreateUsingNew<T>
{
public:
    static T* Create()
    { return new T(0,0); }
};
// 定义使用CreateMyClass2UsingNew策略的Singleton类
typedef Loki::SingletonHolder<MyClass2,
    CreateMyClass2UsingNew> MyClass2Singleton;
// 使用之
int _tmain(int argc, _TCHAR* argv[])
{
    MyClass2Singleton::Instance().ShowPtr();
    MyClass2Singleton::Instance().ShowPtr();
    return 0;
}


usidc5 2011-01-18 16:48
对象工厂 Object Factory
又名简单工厂模式，貌似不属于设计模式范畴。它的作用是把对象的创建工作集中起来，并使创建工作与其它部分解耦。比如下面这个函数也可当作简单工厂：
CWinBase* Create(string s)
{
    if(s == "Edit")
        return new CEdit;
    else if(s == "Button")
        return new CButton;
    ...
}
Loki库的Factory类提供了对简单工厂模式的支持。
头文件
#include 
类型
template<
    class AbstractProduct, // “产品”基类型
    typename IdentifierType, // 用什么区分各产品
    typename CreatorParmTList = NullType, // 生成器参数
    template< typename, class > class FactoryErrorPolicy = DefaultFactoryError>
class Loki::Factory;
成员方法
bool Register(const IdentifierType& id, ProductCreator creator);以id作为识别码注册生成器。函数、对象方法或仿函数都可以作为生成器。
bool Unregister(const IdentifierType& id); 取消注册
std::vector RegisteredIds(); 取得已注册的所有识别码
AbstractProduct* CreateObject(const IdentifierType& id);
AbstractProduct* CreateObject(const IdentifierType& id, Parm1 p1);
AbstractProduct* CreateObject(const IdentifierType& id, Parm1 p1, Parm2 p2);
... 按识别码id生成对象(调用对应的生成器)
示例代码
#include 
#include 
#include 
#include 
 
// 窗体基类
struct IWidget{
    virtual void printName() = 0;
    virtual ~IWidget(){;}
};
// 定义窗体工厂，使用string区分各对象类型
typedef Loki::Factory widget_factory_t;</iwidget, std::string>
// 按钮窗体
struct CButton : IWidget{
    void printName()
    {
        std::cout << "CButton" << std::endl;
    }
};
// 编辑框窗体
struct CEdit : IWidget{
    void printName()
    {
        std::cout << "CEdit" << std::endl;
    }
};
// 列表框窗体
struct CListBox : IWidget{
    void printName()
    {
        std::cout << "CListBox" << std::endl;
    }
};
 
int _tmain(int argc, _TCHAR* argv[])
{
    // 工厂实例
    widget_factory_t wf;
    // 注册各种窗体的生成器，这里偷懒用了CreateUsingNew作为生成器
    wf.Register("Edit", Loki::CreateUsingNew::Create );
    wf.Register("Button", Loki::CreateUsingNew::Create );
    wf.Register("ListBox", Loki::CreateUsingNew::Create );
    // 测试，使用工厂生成窗体
    {
        IWidget* pWid = wf.CreateObject("Edit");
        pWid->printName();
        delete pWid;
    }
    {
        IWidget* pWid = wf.CreateObject("ListBox");
        pWid->printName();
        delete pWid;
    }
    return 0;
}
很多时候，工厂往往只需要一个实例，我们可以使用前面说过的SingletonHolder把widget_factory_t弄成Singleton模式。
上面生成CButton之类的窗体时使用的是默认构造，所以我偷懒没写各个类的生成器，直接用了Loki::CreateUsingNew。
如果你的类有构造参数的话，那么就得在Loki::Factory模板参数中指出参数类型，并且自定义生成器，就象这样：
#include 
#include 
#include 
 
// 窗体基类
struct IWidget{
    virtual void printName() = 0;
    virtual ~IWidget(){;}
};
// 定义窗体工厂，这里用Loki::Seq指定参数类型
typedef Loki::Factory<
    IWidget,
    std::string,
    Loki::Seq<int, char>
> widget_factory_t;
// 单件模式，注意Lifetime策略要选择Loki::LongevityLifetime::DieAsSmallObjectChild，否则...
typedef Loki::SingletonHolder<widget_factory_t, loki::createusingnew,< span=""></widget_factory_t, loki::createusingnew,<>
    Loki::LongevityLifetime::DieAsSmallObjectChild> Singleton_Fac;
// 按钮窗体
struct CButton : IWidget{
    void printName()
    {
        std::cout << "CButton:" << m_txt << std::endl;
    }
    CButton(std::string txt, int, char) //多个构造参数
        :m_txt(txt){}
    std::string m_txt;
};
// 编辑框窗体
struct CEdit : IWidget{
    void printName()
    {
        std::cout << "CEdit:" << m_txt << std::endl;
    }
    CEdit(std::string txt, int, char) //多个构造参数
        :m_txt(txt){}
    std::string m_txt;
};
// 列表框窗体
struct CListBox : IWidget{
    void printName()
    {
        std::cout << "CListBox:" << m_txt << std::endl;
    }
    CListBox(std::string txt, int, char) //多个构造参数
        :m_txt(txt){}
    std::string m_txt;
};
// 自定义的窗体构造器，用模板只是为了方便点^_^
template<class T> struct CreateT
{
    T * operator()(std::string txt, int p1, char p2) const
    {
        return new T(txt, p1, p2);
    }
};
 
int _tmain(int argc, _TCHAR* argv[])
{
    // 工厂实例
    widget_factory_t& wf = Singleton_Fac::Instance();
    // 注册各种窗体的生成器，用我们的生成器
 
    wf.Register("Edit", CreateT() );
    wf.Register("Button", CreateT() );
    wf.Register("ListBox", CreateT() );
 
    // 测试，使用工厂生成窗体
    {
        IWidget* pWid = wf.CreateObject("Edit", "Hello", 0, ' ');
        pWid->printName();
        delete pWid;
    }
    {
        IWidget* pWid = wf.CreateObject("ListBox", "World", 0, ' ');
        pWid->printName();
        delete pWid;
    }
 
    return 0;
}
Loki::Seq是一个类似于TypeList的东东，可以存放一系列的类型。另外用SingletonHolder包装Factory时，一定要用Loki::LongevityLifetime::DieAsSmallObjectChild作为SingletonHolder的lifttime策略（Loki使用说明上说的，由于Factory使用了Loki内部的内存管理器SmallObject）。


usidc5 2011-01-18 16:49
Abstract Factory模式（抽象工厂）
抽象工厂提供了一个创建一系列相关或相互依赖对象的接口，而无需指定具体的类。
比如要编写一个可换肤的用户界面，那么我们生成的每个窗体都应该遵循统一的风格，不应该在一个界面里同时出现Mac风格和Win风格的按钮。为了便于控制，我们可以这样写代码：
struct IWidgetFactory{
    virtual IButton* CreateButton() = 0;
    virtual IEdit* CreateEdit() = 0;
    virtual IListBox* CreateListBox() = 0;
};
struct CWindowsFactory : IWidgetFactory{
    virtual IButton* CreateButton(){生成Win风格按钮;}
    virtual IEdit* CreateEdit(){生成Win风格编辑框;}
    virtual IListBox* CreateListBox(){生成Win风格列表框;}
};
struct CMacFactory : IWidgetFactory{
    virtual IButton* CreateButton(){生成Mac风格按钮;}
    virtual IEdit* CreateEdit(){生成Mac风格编辑框;}
    virtual IListBox* CreateListBox(){生成Mac风格列表框;}
};
这样，在程序中我们要用执有IWidgetFactory指针，在必要时实例化某个具体风格的工厂类，最后所有的窗体都由这个IWidgetFactory指针来生成即可。这就是Abstract Factory模式。Loki库的AbstractFactory和ConcreteFactory提供了对Abstract Factory模式的支持。
头文件
#include 
类型
template
<
    class TList,
    template <class>
        class Unit = AbstractFactoryUnit
>
class AbstractFactory;
AbstractFactory模板类是一个虚类，它根据TList中的类型提供一组Create<>()方法。
模板参数TList是一个Typelist，输入所有工厂可生产的产品基类，如前面的IButton,IEdit,IListBox。
模板参数Unit依据TList中的所有类型产生对应的Create<>()虚函数，一般直接用默认的AbstractFactoryUnit就可以了。
template
<
    class AbstractFact,
    template <class, class>
        class Creator = OpNewFactoryUnit,
    class TList = typename AbstractFact::ProductList
>
class ConcreteFactory;
ConcreteFactory实现了AbstractFactory中的Create<>()方法
模板参数AbstractFact就是对应的AbstractFactory类
模板参数Creator是产品实例的生成策略，可选的有OpNewFactoryUnit和PrototypeFactoryUnit。
OpNewFactoryUnit使用new生成新的产品实例；
PrototypeFactoryUnit使用已有产品(原型)的Clone()方法生成新的实例，这也意味着要使用PrototypeFactoryUnit我们的产品基类必须要有T *Clone()成员方法。
TList提供一组具体的产品类型，如果Creator策略是PrototypeFactoryUnit，可以不提供。
演示代码
#include 
#include 
#include 
// 产品基类
struct IButton{
    virtual void click() = 0;
};
struct IEdit{
    virtual void edit() = 0;
};
struct IListBox{
    virtual void scroll() = 0;
};
// 抽象工厂
typedef Loki::AbstractFactory<
    LOKI_TYPELIST_3(IButton, IEdit, IListBox) //也可以用Loki::Seq< IButton, IEdit, IListBox >::Type
> IWidgetFactory;
 
// 具体产品-Win
struct CWinBtn : IButton{
    virtual void click(){
        std::cout<< "CWinBtn Clicked" << std::endl;
    }
};
struct CWinEdit : IEdit{
    virtual void edit(){
        std::cout<< "CWinEdit Editing" << std::endl;
    }
};
struct CWinLB : IListBox{
    virtual void scroll(){
        std::cout<< "CWinLB Scrolling" << std::endl;
    }
};
// 具体产品-Mac
struct CMacBtn : IButton{
    virtual void click(){
        std::cout<< "CMacBtn Clicked" << std::endl;
    }
};
struct CMacEdit : IEdit{
    virtual void edit(){
        std::cout<< "CMacEdit Editing" << std::endl;
    }
};
struct CMacLB : IListBox{
    virtual void scroll(){
        std::cout<< "CMacLB Scrolling" << std::endl;
    }
};
// 具体工厂
typedef Loki::ConcreteFactory<
    IWidgetFactory,
    Loki::OpNewFactoryUnit,
    LOKI_TYPELIST_3(CWinBtn, CWinEdit, CWinLB)
> CWindowsFactory;
 
typedef Loki::ConcreteFactory<
    IWidgetFactory,
    Loki::OpNewFactoryUnit,
    LOKI_TYPELIST_3(CMacBtn, CMacEdit, CMacLB)
> CMacFactory;
 
// 使用工厂生成的产品
void UsingWidget(IWidgetFactory *pFac)
{
    IEdit* pEdt = pFac->Create();
    IButton* pBtn = pFac->Create();
    IListBox* pLB = pFac->Create();
    pEdt->edit();
    pBtn->click();
    pLB->scroll();
    delete pEdt;
    delete pBtn;
    delete pLB;
}
 
int _tmain(int argc, _TCHAR* argv[])
{
    // 使用Win风格
    {
        CWindowsFactory winfac;
        UsingWidget(&winfac);
    }
 
    // 使用Mac风格
    {
        CMacFactory macfac;
        UsingWidget(&macfac);
    }
    return 0;
}


usidc5 2011-01-18 16:49
Visitor 模式(访问者模式)
访问者模式把对某对象结构中的各元素的相关操作集中到一起，可以方便地在不改变无素类的前提下添加新的操作。
假设一个XML类，我们可能要打印、保存、转换这个XML数据。实际上这些操作都需要遍历节点，不同的只是操作的方式，我们可以这样写代码：
struct IVisitor;
struct TTextNode{
    virtual void accept(IVisitor *visitor){ visitor->visit(this); }
};
struct TCDataNode{
    virtual void accept(IVisitor *visitor){ visitor->visit(this); }
};
struct TElementNode{
    virtual void accept(IVisitor *visitor){ visitor->visit(this); }
};
struct IVisitor{
    virtual void visit(TTextNode*) = 0;
    virtual void visit(TCDataNode*) = 0;
    virtual void visit(TElementNode*) = 0;
};
 
struct CSaveVisitor{
    virtual void visit(TTextNode*){ 保存文本内容 }
    virtual void visit(TCDataNode*){ 保存[[CData内容]] }
    virtual void visit(TElementNode*){ 保存<标签> 所有子节点.accept(this)  }
};
 
struct CPrintVisitor{
    ...
};
当然，这种模式的问题是可能会破坏一些封装性。我们这里不讨论Visitor模式的优劣，先看看Loki是怎么实现这个模式的吧
头文件
#include 
类型
template
<
    typename R = void,
    template <typename, class> class CatchAll = DefaultCatchAll,
    bool ConstVisitable = false
>
class BaseVisitable;
可访问类型的基类，如果要让元素能被访问，要必须继承自BaseVisitable。
模板参数R是Accept()方法的返回值。
模板参数CatchAll表示某元素没有对应的访问方法时的反应，默认的DefaultCatchAll是什么也不做。
模板参数ConstVisitable表示Accept()方法是否是const方法。
class BaseVisitor;
所有访问者的基类
template <
  class T,
  typename R = void,
  bool ConstVisit = false>
class Visitor;
访问者实现模板
模板参数T是一个Typelist，表示访问者能接受的所有元素类型
模板参数R是Visit()方法的返回值
模板参数ConstVisit表示Visit()方法是否是const方法。
示例代码
#include 
#include 
#include 
#include 
#include 
// XML元素
struct TTextNode : Loki::BaseVisitable<>{
    LOKI_DEFINE_VISITABLE();
    TTextNode(std::string text)
        :m_text(text){}
    std::string m_text;
};
struct TCDataNode : Loki::BaseVisitable<>{
    LOKI_DEFINE_VISITABLE();
    TCDataNode(std::string text)
        :m_cdata(text){}
    std::string m_cdata;
};
struct TElementNode : Loki::BaseVisitable<>{
    LOKI_DEFINE_VISITABLE();
 
    std::string m_name;
    TElementNode(std::string text)
        :m_name(text){}
    typedef Loki::BaseVisitable<> visitable_t;
    //这里用了Loki::SmartPtr，这是一个智能指针类型
    typedef Loki::SmartPtr<
        Loki::BaseVisitable<>
    > ptr_t;
    std::vector< ptr_t > m_childs;
};
// 访问者，必须继承自BaseVisitor
class CPrintVisitor :
    public Loki::BaseVisitor,
    public Loki::Visitor
{
public:
    void Visit(TTextNode& n){std::cout << n.m_text;}
    void Visit(TCDataNode& n){std::cout << " << n.m_cdata << "]]>";}
    void Visit(TElementNode& n){
        std::cout<<std::endl;< span="">
        std::cout<< '<' << n.m_name << '>' << std::endl;
        for(size_t idx=0, len=n.m_childs.size(); idx<len; idx++ )< span=""></len; idx++ )<>
        {
            n.m_childs[idx]->Accept(*this);
        }
        std::cout<< std::endl << " << n.m_name << '>' << std::endl;
    }
};
 
int main()
{
    // 构建XML结构
    TElementNode root("root");
    TElementNode *child1 = new TElementNode("child1");
    child1->m_childs.push_back(new TTextNode("hello"));
    TElementNode *child2 = new TElementNode("child2");
    child2->m_childs.push_back(new TCDataNode("world >_<"));
    root.m_childs.push_back( child1 );
    root.m_childs.push_back( child2 );
 
    // 用CPrintVisitor访问XML所有元素
    CPrintVisitor visitor;
    root.Accept(visitor);
}
输出结果






hello






_<]]>








usidc5 2011-01-18 16:51


大牛Andrei Alexandrescu的《Modern C++ Design》讨论的是C++语言的最前沿研究：generative programming。本书中译版估计得要半年以后才能出来，所以只能靠其所附源码来窥测generative programming了。
　　目前，我刚将源码读解了约一半，等全部读完，我会将我的读解注释放出来的。现在，现谈一下我的感想。
　　 先扯得远一点。C++有两个巨大优点：和C兼容，自由；有两个巨大缺点：和C兼容，复杂。C++极其复杂，很难掌握，而这正是“自由”的代价。C++语言是个多编程风格的语言，它同时支持过程化、基于对象、面向对象、泛型、生成性这5种编程思想，具有极其强大的表达能力，可以方便地将各种设计转化为实现。
　　generic Programming的思想精髓是基于接口编程（相对于OOP，连多态所需的基类都不要了），它的技术出发点是选择子，核心技术是：类型推导、类型萃取、特化/偏特化，其成果是STL库：一组通用容器和一组操作于通用容器上的通用算法。
　　generative programming的思想精髓是基于策略编程（编译器根据策略自动生成所需代码，由于具有更高的抽象性，所以代码复用度也更高），在Loki库的实现中，目前只使用了递归策略，它的技术出发点是Typelist，核心技术是：类型推导、类型萃取、特化/偏特化、多重继承、类型间去耦合，其成果是Loki库：对设计模式的封装。
　　Typelist是一种对类型本身进行存储和管理的技巧，它的源码已经贴过了，我也作了注解，此处不再谈论。
　　这是多重继承在COM之后的又一大型运用。多重继承极易发生菱型缺陷，所以Loki库使用了类型间去耦合技术来避免：
　　 template <typename T>
　　 struct Type2Type
　　 {
　　 typedef T OriginalType;
　　 };
　　经过这样一层转换后，原类型T间的各种转换关系（尤其是继承/派生关系）已不复存在，菱型缺陷不会再发生了。
　　Loki库的具体实现相当讲究技巧，设计它非常困难（难度远大于STL库，和Boost库有得一拼啊）。但使用它却非常容易，而且便利显著。由于Loki库提供了对设计模式的封装，所以极大量地丰富了C++语言的表达能力，使的你的设计更容易地转化为实现。
　　目前，Loki库只提供了对厂模式和visitor模式的封装，它还处于发展初期。