POCO C++库学习和分析 -- 内存管理 (二)

POCO C++库学习和分析 -- 内存管理 (二)

3. SharedPtr

        SharedPtr是Poco库中基于引用计数实现的另外一种智能指针。同AutoPtr相比，Poco::SharedPtr主要用于为没有实现引用计数功能的类（换句话说，也就是该类本身不是引用计数对象）提供引用计数服务，实现动态地址的自动回收。

        可以这么说，Poco::AutoPtr是使用继承关系来实现的智能指针，而Poco::SharedPtr是聚合方法实现的智能指针。

3.1 SharedPtr的类图

         首先来看一下SharedPtr的类图：

        从类图中可以看到SharedPtr是对引用计数和原生指针封装。其中有成员指针_ptr，指向任意类型的C；同时还存在一个引用计数对象的指针_pCounter，指向任意一个实现了引用计数的类。当然在Poco库中提供了ReferenceCount的默认实现，类ReferenceCounter。

        比较类ReferenceCounter和AutoPtr中依赖的类RefCountedObject，可以发现其实现相同，本质上就是一个东西。Poco库中之所以把两者分开，我想是为了明确的表示类与类之间的关系。ReferenceCounter用于组合，而RefCountedObject用于继承。

        SharedPtr在实现模板的时候，还预留了RP参数，这是一个释放策略，用于调整SharedPtr在释放数组和单个对象之间不同策略的转换。

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1. template <class C, class RC = ReferenceCounter, class RP = ReleasePolicy<C> >  
2. class SharedPtr  
3. {  
4.     // ...  
5. }  

        其中C为对象原生指针，RC为SharedPtr管理的引用计数对象，RP为内存释放策略。

3.2 SharedPtr操作符和值语义

        1. Poco::SharedPtr同样支持关系操作符==, !=, <, <=, >, >=；

        2. 当Poco::SharedPtr中原生指针为空时，使用解引用操作符“*”或者"->"，Poco::SharedPtr会抛出一个NullPointerException 异常。

        3. Poco::SharedPtr同样支持全值语义，包括默认构造函数，拷贝构造函数，赋值函数并且同样可以用于各类容器(如std::vector 和 std::map)

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1. SharedPtr& operator = (C* ptr)  
2. {  
3.     return assign(ptr);  
4. }  
5.   
6. SharedPtr& assign(C* ptr)  
7. {  
8.     if (get() != ptr)  
9.     {  
10.         RC* pTmp = new RC;  
11.         release();  
12.         _pCounter = pTmp;  
13.         _ptr = ptr;  
14.     }  
15.     return *this;  
16. }  
17.   
18. void release()  
19. {  
20.     poco_assert_dbg (_pCounter);  
21.     int i = _pCounter->release();  
22.     if (i == 0)  
23.     {  
24.         RP::release(_ptr);  
25.         _ptr = 0;  
26.   
27.         delete _pCounter;  
28.         _pCounter = 0;  
29.     }  
30. }  

        注意，在SharedPtr赋值操作符"="中的操作，对于原生指针_ptr的操作策略是交换，而引用计数对象_pCounter的策略是先new一个，再交换。

        4. 可以用SharedPtr::isNull()和SharedPtr::operator ! () 去检查内部的原生指针是否为空。

3.3 SharedPtr和Cast类型转换

        同普通指针类似，Poco::SharedPtr支持cast操作符。这在 template <class Other>SharedPtr<Other> cast() const中实现，其定义如下：

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1. template <class Other>   
2. SharedPtr<Other, RC, RP> cast() const  
3.     /// Casts the SharedPtr via a dynamic cast to the given type.  
4.     /// Returns an SharedPtr containing NULL if the cast fails.  
5.     /// Example: (assume class Sub: public Super)  
6.     ///    SharedPtr<Super> super(new Sub());  
7.     ///    SharedPtr<Sub> sub = super.cast<Sub>();  
8.     ///    poco_assert (sub.get());  
9. {  
10.     Other* pOther = dynamic_cast<Other*>(_ptr);  
11.     if (pOther)  
12.         return SharedPtr<Other, RC, RP>(_pCounter, pOther);  
13.     return SharedPtr<Other, RC, RP>();  
14. }  

        Poco::SharedPtr中类型转换总是安全的，在其内部实现时，使用了dynamic_cast ，所以一个不合法的转换，会导致原生指针为空。

        Poco::SharedPtr中赋值操作符的兼容性通过构造函数和赋值操作符共同完成。

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1. template <class Other, class OtherRP>  
2. SharedPtr& operator = (const SharedPtr<Other, RC, OtherRP>& ptr)  
3. {  
4.     return assign<Other>(ptr);  
5. }  
6.   
7. template <class Other, class OtherRP>  
8. SharedPtr& assign(const SharedPtr<Other, RC, OtherRP>& ptr)  
9. {  
10.     if (ptr.get() != _ptr)  
11.     {  
12.         SharedPtr tmp(ptr);  
13.         swap(tmp);  
14.     }  
15.     return *this;  
16. }  
17.   
18. template <class Other, class OtherRP>   
19. SharedPtr(const SharedPtr<Other, RC, OtherRP>& ptr): _pCounter(ptr._pCounter), _ptr(const_cast<Other*>(ptr.get()))  
20. {  
21.     _pCounter->duplicate();  
22. }  

         下面是关于操作符的一个例子：

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1. #include "Poco/SharedPtr.h"  
2. class A  
3. {  
4. public:  
5.     virtual ~A()  
6.     {}  
7. };  
8. class B: public A  
9. {  
10. };  
11. class C: public A  
12. {  
13. };  
14. int main(int argc, char** argv)  
15. {  
16.     Poco::SharedPtr<A> pA;  
17.     Poco::SharedPtr<B> pB(new B);  
18.     pA = pB;                         // okay, pB is a subclass of pA  
19.     pA = new B;  
20.     // pB = pA;                     // will not compile  
21.     pB = pA.cast<B>();              // okay  
22.     Poco::SharedPtr<C> pC(new C);  
23.     pB = pC.cast<B>();              // pB is null  
24.     return 0;  
25. }  

3.4 SharedPtr使用注意事项

        从上面我们可以看到Poco::SharedPtr拥有Poco::AutoPtr类似的一些特征，如解引用，赋值操作符。但同Poco::AutoPtr不同的是，当使用赋值操作符“=”把一个SharedPtr赋给一个原生指针，然后再把这个原生指针赋予另个SharedPtr时是不允许的。这时候两个SharedPtr都会声称拥有对象的所有权，将导致程序crash。在AutoPtr中虽然不推荐如此做，但提供了一个解决方案，使用以下函数，并至"shared=true"。

[cpp]  view plain copy

1. AutoPtr::AutoPtr(C* pObject, bool shared);    
2. AutoPtr& AutoPtr::assign(C* pObject, bool shared);    

        对于Poco::SharedPtr来说，最好的方法是一旦用SharedPtr获取到对象所有权后，就不要再试图使用指向对象的原生指针。

       下面是SharedPtr的一个例子：

[cpp]  view plain copy

1. #include "Poco/SharedPtr.h"  
2. #include <string>  
3. #include <iostream>  
4. using Poco::SharedPtr;  
5. int main(int argc, char** argv)  
6. {  
7.     std::string* pString = new std::string("hello, world!");  
8.     Poco::SharedPtr<std::string> p1(pString);                  // rc == 1  
9.     Poco::SharedPtr<std::string> p2(p1);                       // rc == 2  
10.     p2 = 0;                                                    // rc == 1  
11.     // p2 = pString;                                           // BAD BAD BAD: multiple owners -> multiple delete  
12.     p2 = p1;                                                   // rc == 2  
13.     std::string::size_type len = p1->length();                 // dereferencing with ->  
14.     std::cout << *p1 << std::endl;                             // dereferencing with *  
15.     return 0;  
16. }  
17. // rc == 0 -> deleted  

3.5 SharedPtr和数组

       默认的SharedPtr删除策略是指删除对象。如果创建对象时使用数组，并把它委托给SharedPtr，必须使用对应数组删除策略。这时候SharedPtr的模板参数中ReleasePolicy应该使用类ReleaseArrayPolicy。

      下面是对应的另一个例子：

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1. template <class C>  
2. class ArrayReleasePolicy  
3. {  
4. public:  
5.     static void release(C* pObj)  
6.         /// Delete the object.  
7.         /// Note that pObj can be 0.  
8.     {  
9.         delete [] pObj;  
10.     }  
11. };  
12. char* pStr = new char[100];  
13. SharedPtr<char, Poco::ReferenceCounter, ArrayReleasePolicy> p(pStr);  

3.6 其他

      同boost库比较的话，Poco中的SharedPtr同boost库中的shared_ptr可以说是类似的,行为上相似，虽然实现不同。