C++对象计数

文本关键字：程序设计/C++/技巧

 

　　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：

class Widget {public:    Widget() { ++count; }    Widget(const Widget&) { ++count; }    ~Widget() { --count; }    static size_t howMany()    { return count; }private:    static size_t count;};      //cpp文件中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。

class Counter {  public:              Counter() { ++count; }    Counter(const Counter&) { ++count; }    ~Counter() { --count; }    static size_t howMany()        { return count; }private:    static size_t count;};// This still goes in an implementation filesize_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：

// embed a Counter to count objectsclass Widget {public:    .....  // all the usual public           // Widget stuff    static size_t howMany()    { return Counter::howMany(); }private:    .....  // all the usual private           // Widget stuff    Counter c;};     //or:// inherit from Counter to count objectsclass Widget: public Counter {    .....  // all the usual public           // Widget stuffprivate:    .....  // all the usual private           // Widget stuff};            

　　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：

template<typename T>class Counter {public:    Counter() { ++count; }    Counter(const Counter&) { ++count; }    ~Counter() { --count; }    static size_t howMany()    { return count; }private:    static size_t count;};// this now can go in headertemplate<typename T> size_t Counter<T>::count = 0;            

则上面的实现变成：

// embed a Counter to count objectsclass Widget {public:    .....    static size_t howMany()    {return Counter<Widget>::howMany();}private:    .....    Counter<Widget> c;};//or:// inherit from Counter to count objectsclass Widget: public Counter<Widget> {        .....};      

　　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<Widget>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）

Counter<Widget> *pw =  new Widget;  // get base class ptr to derived class object    ......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。

template<typename T>class Counter {public:    .....protected:    ~Counter() { --count; }    .....};   

　　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<Widget>。类似于第一种方案：

class Widget: private Counter<Widget> {public:    // make howMany public    using Counter<Widget>::howMany;     ..... // rest of Widget is unchanged};            

它直接防止下面的代码：

Counter<Widget> *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：

class SpecialWidget: public Widget,    public Counter<SpecialWidget> {public:    };            

　　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。