智能指针与句柄类（三）

　　之前文章中实现的写时复制，句柄类中引用计数和T类型指针是分开的，这里换一种方式来处理，将引用计数和T类型指针视为一个整体，当做句柄类模板参数。先对上节中的引用计数进行改造：

 1 class CUseCount
 2 {
 3 public:
 4     CUseCount();
 5     CUseCount(const CUseCount&);
 6     CUseCount& operator=(const CUseCount&);
 7     ~CUseCount();
 8
 9     void markUnshareable();
10     bool isShareable() const;
11     bool isShared() const;
12
13     void addReference();
14     void removeReference();
15
16 private:
17     int refCount;    //注意这里非int指针
18     bool shareable;    //是否是共享状态
19 };
20
21 CUseCount::CUseCount():refCount(0), shareable(true)
22 {}
23
24 CUseCount::CUseCount(const CUseCount& u):refCount(0), shareable(true)
25 {}
26
27 CUseCount& CUseCount::operator=(const CUseCount& u)
28 {
29     return *this;
30 }
31
32 CUseCount::~CUseCount()
33 {}
34
35 void CUseCount::markUnshareable()
36 {
37     shareable = false;
38 }
39
40 bool CUseCount::isShareable() const
41 {
42     return shareable;
43 }
44
45 bool CUseCount::isShared() const
46 {
47     return refCount > 1;
48 }
49
50 void CUseCount::addReference()
51 {
52     ++refCount;
53 }
54
55 void CUseCount::removeReference()
56 {
57     if(--refCount == 0)
58         delete this;
59 }

这个版本的UseCount和之前的版本差别很大，从析构函数可以看出（纯虚函数），它是基于引用计数来共享的值对象的基类，需要注意的部分：

• 构造函数中refCount设置为0而不是1，说明此时还没有某个对象在引用它。对refCount的增加由构造它的对象调用addReference来实现。shareable用了表示此对象是否可以被共享。
• 拷贝构造函数并没有根据拷贝的对象进行一些初始化动作，而是与构造函数完成相同的功能。想想在什么情况下会调用UseCount的拷贝构造函数，是在句柄类不在共享状态时，进行写时复制，需要调用拷贝构造函数，而这里UseCount是不共享的，所以同样设置refCount=0，shareable=true。
• 赋值操作符没有做任何事情，返回自身，没有将其设为private状态是因为UseCount的派生类可能调用operator=，从而调用到基类的operator=。
• UseCount析构函数没有做任何事情，此版本中UseCount和T类型指视为一个整体一起当做句柄类的模板参数并且创建在堆上，这里句柄类调用引用计数的增加（addReference）与减少（removeReference），并不直接调用delete，删除引用计数，UseCount的销毁是通过removeReference中refCount的值来判断的，由于使用了delete this，所以必须保证此对象创建在堆上。

　　接下来看看这一版本中的Handle类：

 1 template<class T> class Handle
 2 {
 3 public:
 4     Handle(T *p = 0);
 5     Handle(const Handle& h);
 6     Handle& operator=(const Handle&);
 7     ~Handle();
 8     //other member functions
 9 private:
10     T* ptr;
11     void init();
12 };
13
14 template<class T>
15 inline Handle<T>::init()
16 {
17     if(ptr == 0)
18         return;
19     if(ptr->isShareable() == false)    //非共享状态，进行复制
20         ptr = new T(*ptr);
21
22     ptr->addReference();    //引用计数增加
23 }
24
25 template<class T>
26 inline Handle<T>::Handle(T* p):ptr(p) //u 默认构造函数
27 {
28     init();
29 }
30
31 template<class T>
32 inline Handle<T>::Handle(const Handle& rhs):ptr(rhs.ptr)
33 {
34     init();
35 }
36
37 template<class T>
38 inline Handle<T>& Handle<T>::operator=(const Handle& rhs)
39 {
40     if(ptr != rhs.ptr)
41     {
42         if(ptr != NULL)
43         {
44             ptr->removeReference();
45         }
46         ptr = rhs.ptr;
47         init();
48     }
49     return *this;
50 }
51
52 template<class T>
53 inline Handle<T>::~Handle()
54 {
55     if(ptr)
56         ptr->removeReference();
57 }

修改后的Handle类比之前的要复杂一些：

• 观察ptr调用的函数，不难看出T类型继承自UseCount。
• init()函数提供统一接口，对T类型进行写时复制，并完成对引用技术值的增加。
• 析构函数并不delete ptr，而是减少引用计数值，让其自己判断是否析构。

　　使用本节中实现的UseCount和Handle来处理写时复制，一个String类的例子如下：

 1 ?class String
 2 {
 3 public:
 4     String(const char *value = "");
 5     const char& operator[](int index) const;
 6     char& operator[](int index);
 7 private:
 8     struct StringValue: public CUseCount    //继承自引用计数
 9     {
10         char *data;
11         StringValue(const char *initValue);
12         StringValue(const StringValue& rhs);
13         void init(const char *initValue);
14         ~StringValue();
15     };
16     Handle<StringValue> value;
17 };
18
19 void String::StringValue::init(const char *initValue)
20 {
21     data = new char[strlen(initValue) + 1];
22     strcpy(data, initValue);
23 }
24
25 String::StringValue::StringValue(const char *initValue)
26 {
27     init(initValue);
28 }
29
30 String::StringValue::StringValue(const StringValue& rhs)
31 {
32     init(rhs.data);
33 }
34
35 String::StringValue::~StringValue()
36 {
37     delete [] data;
38 }
39
40 String::String(const char *initValue): value(new StringValue(initValue))
41 {}
42
43 const char& String::operator[](int index) const    //const函数不进行复制
44 {
45     return value->data[index];
46 }
47
48 char& String::operator[](int index)
49 {
50     if (value->isShared())
51     {
52         value = new StringValue(value->data);    //先调用基类UseCount拷贝构造函数
53     }
54     value->markUnshareable();
55     return value->data[index];
56 }

代码中可以看出，String内部实现由StringValue完成，Handle句柄托管StringValue类型指针，StringValue继承自UseCount类，其子对象部分负责char*的管理，，父对象即UseCount完成对象的计数、共享以及销毁工作，以图来表示例子中各个类的关系如下：

代码中还有一些需要的地方：

• StringValue是一个中间层，实现char*的管理和引用计数功能，而对用户来说它是不可见的，Handle对象实现对StringValue的托管。
• String类在实现进行写时复制的函数时，需要操作引用计数对象，由于Handle对StringValue进行了托管，所有操作都在Handle对象上进行。
• const版本的operator[]没有用到写时复制，在非const版本中进行写时复制。
• 进行复制的条件if(value->isShared()) ，而不是if(value->isShareable())，注意这两者的区别，isShared()表示当前句柄托管的对象是否与其他句柄共享，而isShareable()表示是否可以进行共享。举个例子，如果将判断条件改为if(value->isShareable())，如下代码：
  
  

   1 char& String::operator[](int index)
   2 {
   3     if (value->isShareable())
   4     {
   5         value = new StringValue(value->data);    //先调用基类UseCount拷贝构造函数
   6     }
   7     value->markUnshareable();
   8     return value->data[index];
   9 }
  10
  11 int main()
  12 {
  13     String s("Grubby");
  14     char c = s[3];
  15
  16     return 0;
  17 }

  main函数中line14，调用了operator[] 操作符，按上述代码实现，line3先判断if(value->isShareable())，而s对象刚刚定义没有使用，UseCount构造函数中设置isShare=true，所以if判断返回true，运行语句value = new StringValue(value->data)，重新构造value是没有必要的。而判断如果是if(isShared())，此时refCount==1，所以没有共享if返回false，不会重新构造value。

　　这一节中的代码，借鉴了《more effective C++》中的引用计数章节，加上了一些自己的个人理解，文章中不免有误，还请大家指正。

　　未完待续……