c++ - C++ 中的引用计数

Question

我正在用 C++ 实现一个数学库。该库将被编译为 DLL，因此使用它的人只需要类定义的头文件。

我的课程的用户将是刚接触这门语言的人。但是，有些对象可能会在其程序的几个部分中被引用。因为我不希望他们做内存管理，所以我想自己做。因此，我必须实现引用计数（垃圾收集是不可能的）。

我想让引用计数尽可能透明，例如......

// Define a Bézier curve
CVecList pts;
pts.Add(Vector(0,0,0));
pts.Add(Vector(0,0,100));
pts.Add(Vector(0,100,0));
pts.Add(Vector(0,100,100));
CCurve* c1 = new CBezier(pts);

// Define a 3rd order B-Spline curve
pts.Clear();
pts.Add(Vector(0,0,0));
pts.Add(Vector(0,200,100));
pts.Add(Vector(0,200,200));
pts.Add(Vector(0,-200,100));
pts.Add(Vector(0,-200,200));
pts.Add(Vector(0,0,0));
CCurve* c2 = new CBSpline(pts,3);

// The Bézier curve object must be deleted automatically
// because the only reference to it has been released
// Similar to IUnknown::Release() in COM
c1 = c2;

当我定义曲面对象时，事情变得有点棘手，因为有些曲面是根据两条曲线定义的：

CVecList pts;
// ...
CCurve* f = new CBezier(pts);

pts.Clear();
// ...
CCurve* g = new CBezier(pts);

// Mixed surface: S(u,v) = (1-v)*f(u) + v*g(u)
CSurface* s = new CMixed(f,g);

// There are two references to the first Bézier curve,
// the first one is f
// the second one is hidden in a member of CMixed

// Something similar applies to the second Bézier curve

我认为覆盖operator =指针可能会有所帮助：

// This is what I tried, but it's illegal:
typedef CReferenceCounted* PRC;
PRC& operator =(PRC& dest, PRC& source)
{
    if (source)
        source->AddRef();
    if (dest)
        dest->Release();
    memcpy(&dest,&source,sizeof(PRC));
    return dest;
}

...但后来我发现这operator =是无效的，除非它是类的非静态成员。

有人可以帮助我吗？

score 11 · Accepted Answer

您尝试的是为标量类型重载运算符。除了枚举（除了 operator= 必须是成员之外），C++ 不允许您这样做。至少其中一种类型必须是用户定义的类型。因此，您要做的是将原始指针包装到用户定义的类中，该类重载构造函数、复制构造函数、复制赋值运算符和析构函数，并进行正确的引用计数。这是的理想情况boost::shared_ptr，它正是这样做的：

boost::shared_ptr<CCurve> c1(new CBezier(pts));

同样处理表面：

CVecList pts;
// ...
boost::shared_ptr<CCurve> f(new CBezier(pts));

pts.Clear();
// ...
boost::shared_ptr<CCurve> g(new CBezier(pts));

// Mixed surface: S(u,v) = (1-v)f(u) + vg(u)
boost::shared_ptr<CSurface> s(new CMixed(f,g));

携带该智能指针，它将自动管理指向对象的生命周期：如果指针的最后一个副本超出范围，则指向的对象将被释放。shared_ptr旨在易于使用。尽量避免使用原始指针。看看那些智能指针，它们会让你的程序员更容易使用 C++ :)

编辑：如果你要包装一个 shared_ptr，你可以使用 pimpl (handle/body) 习惯用法：

/* ---- wrapper in header file bezier.hpp */

struct CBezier {
    CBezier(CVecList const& list);
    void do_calc();
    // ...

private:
    struct CBezierImpl;
    boost::shared_ptr<CBezierImpl> p;
};

/* ---- implementation file bezier.cpp */

// private implementation
struct CBezier::CBezierImpl {
    CBezierImpl(CVecList const& list);
    void do_calc();
    // ...
};


CBezier::CBezier(CVecList const& list)
:p(new CBezierImpl(list)) {

}

void CBezier::do_calc() {
    // delegate to pimpl
    p->do_calc();
}

// ...

score 1 · Accepted Answer

如果您正在设计一个数学库，请花大量时间考虑您的类是否可以看起来像 int 或 std::complex。也就是说，值的行为类似于值。例如

std::vector<math::point3d> pts;
pts.push_back(math::point3d(0,0,0));
pts.push_back(math::point3d(110,0,0));
pts.push_back(math::point3d(0,100,0));
pts.push_back(math::point3d(0,0,100));
CCurve c1 = make_bezier(pts);

score 0 · Accepted Answer

对于您可以控制的对象，我建议使用 intrusive_ptr 而不是 shared_ptr 以获得更好的性能和可用性，因为您可以稍后将原始指针分配给 intrusive_ptr，因为引用计数嵌入在对象中。

score 0 · Accepted Answer

我的课程的用户将是刚接触这门语言的人。

您的课程是为编程课程设计的吗？

如果是这种情况，我会避免使用指针，而只使用复制构造函数/赋值：

性能/内存不是优先事项
自己进行内存管理将展示一个关于如何使用 new/delete 的非常糟糕的示例
在不了解内存管理的情况下使用任何类型的智能指针可能会在以后引起很多混乱。

score 0 · Accepted Answer

我同意 Guishu 和 MSalters。即使它不是用于编程课程，也可以更好地模仿数学外观（例如 vector3 = vector1+vector2 等）。

您还可以做的是使用写时复制（重新编写是一个合乎逻辑的结果），但仅限于内部。这可能会为您提供足够快的分配，消除客户端的堆管理以及与数学符号的相似性。

但是请注意，有可用于 C++ 的数学库（TNT，我想不到）。您是否考虑过以此为基础开展工作？

c++ - C++ 中的引用计数

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