C++之代理類筆記

代理類的引入

　　為什麼需要代理，自然是用戶端與伺服器端不能正常溝通，需要第三方來進行溝通，這第三方自然成了代理，準確來說，應該是伺服器端的代理，用來實現的代理功能的類就叫代理類。

　　那麼什麼時候用戶端與伺服器端不能正常溝通呢?《C++沉思錄》有言：C++容器通常只能包含一種類型的對象。那麼我們怎樣才能設計一個C++容器，使它有能力包含類型不同而彼此相關的對象呢？首先想到的是容器裡儲存的是不是對象本身，而是指向對象的指標。這雖然看起來好像解決了問題，但存在兩個缺點：一是儲存的是指向對象的指標，不是對象本身，這樣當對象被析構而指標沒有被delete掉時，成了野指標。二是儲存指標增加了記憶體配置的額外負擔。基於此，我們通過定義名為代理（surrogate）的對象來解決上述問題。

問題

　　舉例說明：

　　假設存在下面一個表示不同各類的交通工具的派生層次：

class Vehicle{public:    virtual double weight()const =0;    virtual void start() = 0;};class RoadVehicle:public Vehicle{};class AutoVehicle:public RoadVehicl{};class Aircrate:public Vehicle{};class Helicopter:public Aircraft{};

　　假如要跟蹤處理一系列不同種類的Vehicle，定義如下：Vehicle parking_lot[1000]。這樣沒有達到預期效果，因為Vehicle是虛基類，不可能存在對象，更不可能存在其對象數組。

經典解決方案

　　既然上面不能存在對象本身，所以提供一個間接層，最易的就是儲存指向對象的指標，即Vehicle *parking_lot[1000]，但上面已說到這樣有兩個缺陷，其中最大的缺陷是指標容易成野指標。因為成為野指標的原因是指向的原對象被析構掉了，針對此可以變通下，放入數組parking_lot的不是指向原對象的指標，而是指向它們的副本的指標，如：

Helicopter x;parking_lot[num_vehicles++] = new Helicopter(x);　

且採用一個約定：當釋放parking_lot時，也釋放其中所指向的全部對象。

　　儲存的是指向對象副本的指標增加了動態記憶體管理的負擔。

引入代理類解決方案

　　代理類與原類Vehicle的關係：1.行為和原類Vehicle相似；2.潛在地表示了所有繼承自虛基類Vehicle的對象。

　　要潛在地表示了所有繼承自虛基類Vehicle的對象，在C++中處理未知類型的對象的方法使用是使用虛函數。由於要複製任何類型的Vehicle，所以在Vehicle類中增加一個合適的虛函數：

class Vehicle{public:    virtual double weight()const =0;    virtual void start() = 0;    virtual Vehicle* copy() const =0;    virtual ~vehicle(){}};

　　比如Helicopter的copy函數為：

Vehicle* Helicopter::copy()const{    return new Helicopter(*this);}

　　現在定義代理類：

class VehicleSurrogate
{
public:
　　VehicleSurrogate();
　　VehicleSurrogate(const Vehicle&);
　　VehicleSurrogate(const VehicleSurrogate&);
　　~VehicleSurrogate();
　　VehicleSurrogate& operator=(const VehicleSurrogate&);

　　double weight()const;
　　void start();

private:

　　Vehicle *vp;

};

　　代理類中定義建構函式VehicleSurrogate(const Vehicle&)來為任意繼承自Vehicle的類的對象建立代理。代理類還有一個預設建構函式，所以能夠建立VehicleSurrogate對象的數組。然而預設建構函式帶來了問題，如何規定VehicleSurrogate的預設操作？它所指向的對象的類型是什嗎？不可能是Vehicle，因為Vehicle是個抽象基類，根本沒有Vehicle對象。所以引入定義行為

似於零指標的空代理（empty surrogate）的概念，能夠建立、銷毀和複製這樣的代理，但是進行其他動作就視為出錯。

　　下面是代理類成員函數的定義：

VehicleSurrogate::VehicleSurrogate():vp(0){}VehicleSurrogate::VehicleSurrogate(const Vehicle& v):vp(v.copy()){}VehicleSurrogate::VehicleSurrogate(const VehicleSurrogate& v):vp(v.vp?v.vp->copy():0){}VehicleSurrogate& VehicleSurrogate::operator =(const VehicleSurrogate& v){    if(this != &v)    {        delete vp;        vp = (v.vp? v.vp->copy() : 0);    }    return *this;}VehicleSurrogate::~VehicleSurrogate(){    delete vp;}double VehicleSurrogate::weight()const{    if(vp == 0)    {        throw "empty VehicleSurrogate.weight()";    }    return vp->weight();}void VehicleSurrogate::start(){    if(vp == 0)    {        throw "empty VehicleSurrogate.start()";    }    vp->start();}

　　定義為了代理類，就可以定義Parking_lot[1000]了：

VehicleSurrogate parking_lot[1000];Helicopter x;Parking_lot[num_vehicle++] = x;

　　最後一條語句等價為：

Parking_lot[num_vehicle++] = VehicleSurrogate(x);

小結

　　將繼承和容器共用，迫使要處理兩個問題：1.控制記憶體配置；2.把不同類型的對象放入同一個容器中。

　　代理類的每個對象都代表另一個對象，該對象可以是位於一個完整繼承層次中的任何類的對象。通過在容器中用代理對象而不是對象本身。

 

Reference

　　1.《C++沉思錄》第五章 代理類