c++中代理类的学习

https://blog.csdn.net/lcg910978041/article/details/51468680

C++代理类是为了解决这样的问题： 容器通常只能包含一种类型的对象，所以很难在容器中存储对象本身。

怎样设计一个c++容器，使它有能力包含类型不同而彼此相关的对象？ 

代理运行起来和他所代表的对象基本相同，但是允许将整个派生层次压缩在一个对象类型中。

代理类的每个对象都代表另一个对象，该对象可以是位于一个完整继承层次中的任何类的对象。通过在容器中使用代理对象而不是对象本身的方式，就是代理类的精髓思想所在。

1.为什么c++需要代理类

考虑如下的一个小实例：假设有一个类，命名为RoadVehicle，代表陆地上的车辆，简单的定义如下：

1. //定义陆地上的车辆
2. class RoadVehicle
3. {
4. public:
5. RoadVehicle(){} //默认构造函数，容许声明RoadVehicle的数组
6. double get_weight()const
7. {
8. return 0.0;
9. }
10. };

现在我们需要用一个容器或者数组来保存这个类的一些列对象，那么我们可以如下声明数组来存放这些对象：

1. RoadVehicle parking_lot[100];

这样做会造成一个很明显的问题：当我们有另一类车辆    (比如飞机类AirCraft) 时，我们将RoadVehicle类和AirCraft类继承自同一个父类Vehicle，有如下的结构：

1. class Vehicle
2. {
3. public:
4. virtual double get_weight()const = 0;
5. };
6. //定义陆地上的车辆
7. class RoadVehicle:public Vehicle
8. {
9. public:
10. RoadVehicle(){} //默认构造函数，容许声明RoadVehicle的数组
11. double get_weight()const
12. {
13. return 0.0;
14. }
15. };
16. //定义飞机
17. class AirCraft:public Vehicle
18. {
19. public:
20. AirCraft(){} //默认构造函数，容许声明AirCraft的数组
21. double get_weight()const
22. {
23. return 1.0;
24. }
25. };

当有如上继承结构出现时，我们再来考虑如何用一个容器或者数组存放这些对象，尽管可以声明多个数组来存放，如下：

1. RoadVehicle parking_lot1[100];
2. AirCraft parking_lot2[100];

但是当我们的车辆的类型越来越多，比如还有AutoVehicle类，Helicopter类等等时，这种方式需要声明对应的数组来存放，很显然这不符合c++的精神。

既然RoadVehicle类和AirCraft类均继承自Vehicle类，那我们声明如下的数组来存放这些对象，又会发生什么事情呢？

1. Vehicle parking_lot[100];

但是这又会带来两个问题：

第一：Vehicle是一个抽象类，它拥有一个纯虚函数，它不能生成对象，因此他无法定义这样的数组；

第二：即使我们在vehicle中将纯虚函数修改为虚函数，使它可以生成对象，也会出现问题，比如有如下代码：

1. RoadVehicle x;  
2. parking_lot[num] = x;  

此时，会把x转换成一个Vehicle对象，同时会丢失所有在Vehicle类中没有的成员，然后将剪裁了的对象复制到parking_lot数组中去。

解决上述两个问题的方法非常简单，即存储Vehicle对象的指针：

1. Vehicle * parking_lot[100];  

此时，上述操作变为：

1. RoadVehicle x;  
2. parking_lot[num] = &x;  

但是，这种方法又带来了新的问题：

由于x是局部变量，当x超出其作用域时，parking_lot数组中的指针变成了野指针。这一问题可以如下解决：

1. RoadVehicle x;  
2. parking_lot[num] = new RoadVehicle(x);  //即：使parking_lot中的指针指向x的一个副本  

但上述方法实施的前提是我们明确的知道了要放入parking_lot中的对象的静态类型，在本例中，我们知道要放入parking_lot的是RoadVehicle，而不是AirCraft或其他的类对象。

当我们不知道要放入parking_lot中的对象的静态类型时，比如，我们我们想让parking_lot[p]指向一个新建立的Vehicle，并且这个Vehicle和parking_lot[q]中的对象相同，这时我们并不知道parking_lot[q]中指针所指的对象的静态类型，那我们该如何复制parking_lot[q]所指向的副本给parking_lot[p]呢？

显然：

1. if(p != q)  
2. {  
3.     delete parking_lot[p];  
4.     parking_lot[p] = parking_lot[q];  
5. }  

这是不行的，这样会导致parking_lot[p]和parking_lot[q]指向同一个对象

1. if(p != q)  
2. {  
3.     delete parking_lot[p];  
4.     parking_lot[p] = new Vehicle(parking_lot[q]);  （这样的构造   是不对的   1 Vehicle无法产生对象     2 即使产生也不一定对   几乎可能会被裁剪掉  ）
5. }  

这也是不行的，因为Vehicle无法产生对象，即使能产生，也是被剪裁了的，是Vehicle对象， 而不是parking_lot[q]所指的对象的类型。  (因为具体指向的类型  我们不清楚)

事实上，这里的根本原因在于，我们无法知道parking_lot[q]所指对象的静态类型，c++中解决这一类问题是用多态。我们需要一个克隆函数，当parking_lot[q]调用自己的克隆函数时，复制自己的一个副本，并返回一个该副本的指针。因此我们的代码变为如下：

1. #include <iostream>
2. using namespace std;
3. class Vehicle
4. {
5. public:
6. virtual double get_weight()const = 0;
7.     virtual Vehicle* copy() const = 0;  
8. };
9. //定义陆地上的车辆
10. class RoadVehicle:public Vehicle
11. {
12. public:
13. RoadVehicle(){} //默认构造函数，容许声明RoadVehicle的数组
14. RoadVehicle(const RoadVehicle& RV){}
15. double get_weight()const
16. {
17. return 0.0;
18. }
19.     Vehicle* copy()const  
20.     {  
21.         return new RoadVehicle(*this);  
22.     }  
23. };
24. //定义飞机
25. class AirCraft:public Vehicle
26. {
27. public:
28. AirCraft(){} //默认构造函数，容许声明AirCraft的数组
29. AirCraft(const AirCraft& AC){}
30. double get_weight()const
31. {
32. return 0.0;
33. }
34.     Vehicle* copy()const  
35.     {  
36.         return new AirCraft(*this);  
37.     }  
38. };

由于parking_lot数组中存放的都是Vehicle类型的指针，而其所实际指向的对象是Vehicle的任意子类，因此，在释放parking_lot中指针所指向的内存时，我们需要虚析构函数，否则，会造成内存泄露，因此我们为每个类添加虚析构函数。代码如下：

1. #include <iostream>
2. using namespace std;
3. class Vehicle
4. {
5. public:
6. virtual double get_weight()const = 0;
7. virtual Vehicle* copy() const = 0;
8.     virtual ~Vehicle(){}  
9. };
10. //定义陆地上的车辆
11. class RoadVehicle:public Vehicle
12. {
13. public:
14. RoadVehicle(){} //默认构造函数，容许声明RoadVehicle的数组
15. RoadVehicle(const RoadVehicle& RV){}
16. double get_weight()const
17. {
18. return 0.0;
19. }
20. Vehicle* copy()const
21. {
22. return new RoadVehicle(*this);
23. }
24. ~RoadVehicle(){}
25. };
26. //定义飞机
27. class AirCraft:public Vehicle
28. {
29. public:
30. AirCraft(){} //默认构造函数，容许声明AirCraft的数组
31. AirCraft(const AirCraft& AC){}
32. double get_weight()const
33. {
34. return 0.0;
35. }
36. Vehicle* copy()const
37. {
38. return new AirCraft(*this);
39. }
40. ~AirCraft(){}
41. };

如此一来，上面存在的问题，可以如下解决：

1. if(p != q)
2. {
3.     delete parking_lot[p];  
4.     parking_lot[p] = parking_lot[q]->copy();  //这一点 很重要！！！！！！！！！！！！   别忘记 这一步骤    delete parking_lot[p];  
5. }

上面的方法，在一定程度上解决了我们的问题，但是它在parking_lot数组中存储的是指针，这使得用户显示的处理内存分配，那么有没有一种方法既能够不显示的处理内存分配，又能够保持类Vehicle在运行时动态绑定呢？这就是我们的代理类了。

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我们为Vehicle类创建一个代理类，假设命名为VehicleSurrogate，每个VehicleSurrogate对象代表一个Vehicle对象，只要VehicleSurrogate对象存在，那么它所关联的Vehicle对象就存在，复制VehicleSurrogate对象就会复制相对应的Vehicle对象，给代理赋新值也会先删除旧的关联的对象，再复制新的对象。

我们可以如下定义代理类：

1. class VehicleSurrogate
2. {
3. public:
4. VehicleSurrogate():vp(0){} //默认构造函数，使得可以声明VehicleSurrogate的数组  
5. VehicleSurrogate(const VehicleSurrogate& VS)//以自身对象初始化   {  
6.         vp  =   VS.vp   ?    （VS.vp->copy()）  : （0）;  
7. }
8. VehicleSurrogate(const Vehicle& V):vp(V.copy()){}    //以它所代理的Vehicle对象初始化        这两个就是 定义了不同掉copy构造函数
9. VehicleSurrogate& operator=(const VehicleSurrogate& VS)//重载赋值  {
10. if(this != &VS)  {  //看看是不是自己    防止自我复制
11. delete this->vp;
12.     this->vp = VS.vp?VS.vp->copy():0;  
13. }
14. return *this;
15. }
16. ~VehicleSurrogate()  {
17.       delete vp;  
18. }
19.     //代理Vehicle类行为的函数，Vehicle有多少个行为函数，这里就需要重新定义多少个代理类函数  
20. double get_weight()const  {
21. return vp->get_weight();
22. }
23. private:  
24.     Vehicle* vp;  
25. };

有了上述代理类之后，我们就可以如下操作： 

1. VehicleSurrogate parking_lot[100];      ！！！数组的定义会调用  num 次的默认构造函数 
2.   
3. RoadVehicle x;  
4. parking_lot[0] = x;   注意：1先调用copy构造函数构造临时对象  上面两个copy选择其中一个                                                                                                                                               2再调用代理类的  operator =   函数（因为VehicleSurrogate 前面定义数组时候已经定义且默认初始化了  所以调用   = 函数 ）
5. cout << parking_lot[0].get_weight();  

至此，我们利用代理类，就可以即不用显示进行内存分配管理，又可以使得Vehicle子类对象进行动态绑定。

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2. 智能指针

“c++代理类（一）”中完成的简单代理类虽然解决了最急迫的问题，但效率上又存在了另外的问题，该简单类存在的问题主要是：

每个代理类对象都唯一关联一个实际对象，代理类对象存在则实际对象存在，代理类对象释放则实际类对象也要释放，且复制代理类对象就必须要复制实际类对象。

这在实际类很大的时候复制开销是非常大的。而且，代理类的复制会频繁的发生，比如：作为函数的参数进行值传递，或者作为函数的返回值等等。

我们将对该简单代理类进行改进，改进的思想主要是：在代理类中为其代理的实际对象添加一个标记，该标记指出有多少个代理类对象代理了这个实际对象，这样当我们复制代理类对象时，其实际所代理的对象就不需要复制了，只需要修改该标记即可。

其具体做法如下：

1. class VehicleSurrogate
2. {
3. public:
4. ......//跟简单类一样，唯一不同的是需要加入处理标记num的部分
5. private:
6. Vehicle* vp;
7.     int * num; //添加的标记字段  
8. };

有了如上的结构，每次复制代理类时，只需要将(*num)++就可以了。其意义为：绑定到实际对象的代理类又多了一个

上述的策略在不需要修改实际对象时非常有用，即所有代理类对象只是读它所代理的实际对象时，但当某个代理类需要修改它所代理的实际对象时，问题就发生了，由于所有代理类对象实际所代理的对象在内存中是同一份，因此，一个代理类对象所做的修改将会影响其他代理类，因此，此时需要对所代理的实际对象进行复制，且该复制是无法避免的。我们称之为——写时复制。

实现指针的类代码如下：

1. #include <iostream>
2. using namespace std;
3. class Vehicle
4. {
5. public:
6. Vehicle():weight(0.0){} //默认构造函数
7. Vehicle(double w):weight(w){}   //含参构造函数
8. virtual ~Vehicle(){}    //虚析构函数必须存在，所有子类对象在析构时都是以Vehicle*的方式调用析构函数的，以虚析构函数调用才能调用到正确的析构函数  才不会导致内存泄露
9. virtual Vehicle* copy()const  //复制自己  {
10. return new Vehicle(*this);
11. }
12. //读
13. double get_weight()const   {
14. return weight;
15. }
16. //写
17. Vehicle* set_weight(double w)  {
18. weight = w;
19. return this;
20. }
21. private:
22. double weight;
23. };
24. //定义陆地上的车辆
25. class RoadVehicle:public Vehicle
26. {
27. public:
28. RoadVehicle(){} //默认构造函数，容许声明RoadVehicle的数组
29. RoadVehicle(double w):Vehicle(w){}
30. RoadVehicle(const RoadVehicle& RV):Vehicle(RV.get_weight()){} //拷贝构造函数
31. Vehicle* copy()const   //复制自己  {
32. return new RoadVehicle(*this);
33. }
34. ~RoadVehicle(){}
35. };
36. //定义飞机
37. class AirCraft:public Vehicle
38. {
39. public:
40. AirCraft(){} //默认构造函数，容许声明AirCraft的数组
41. AirCraft(double w):Vehicle(w){}
42. AirCraft(const AirCraft& AC):Vehicle(AC.get_weight()){} //拷贝构造函数
43. Vehicle* copy()const
44. {
45. return new AirCraft(*this);
46. }
47. ~AirCraft(){}
48. };
49. //智能指针类定义
50. class VehicleSurrogate
51. {
52. public:
53. VehicleSurrogate():vp(new Vehicle()),num(new int(1)){} //默认构造函数，使得可以声明VehicleSurrogate的数组
54. VehicleSurrogate(const VehicleSurrogate& VS):vp(VS.vp),num(VS.num)//拷贝构造函数，可发现此时它所代理的实际对象并未复制
55. {
56. ++(*num);
57. }
58. VehicleSurrogate(const Vehicle& V):vp(V.copy()),num(new int(1)){}//以它所代理的Vehicle对象初始化
59. VehicleSurrogate& operator=(const VehicleSurrogate& VS)//重载赋值，可发现此时它所代理的实际对象并未复制
60. {
61. if(this != &VS)
62. {
63. //删除原来的旧的关联对象
64. if(--(*num) == 0 )
65. {
66. delete vp;
67. delete num;
68. }
69. //赋值新的关联对象
70. vp = VS.vp;
71. num = VS.num;
72. ++(*num);
73. }
74. return *this;
75. }
76. ~VehicleSurrogate()
77. {
78. if(--(*num)== 0)
79. {
80. delete vp;
81. delete num;
82. }
83. }
84. int get_num()const
85. {
86. return *num;
87. }
88. //代理Vehicle类行为的函数，读操作无需复制所代理的实际对象
89. double get_weight()const
90. {
91. return vp->get_weight();
92. }
93. //写时复制策略，写时必须复制所代理的实际对象
94. VehicleSurrogate& set_weight(double w)
95. {
96. if((*num) == 1)
97. {
98. vp->set_weight(w);
99. }
100. else
101. {
102. --(*num);
103. vp = vp->copy();//真正的复制发生在这里
104. num = new int(1);
105. vp->set_weight(w);
106. }
107. return *this;
108. }
109. private:
110. Vehicle* vp;
111. int * num;
112. };
113. int main()
114. {
115. //测试上述智能指针
116. VehicleSurrogate parking_lot[100];
117. RoadVehicle x(10);
118. parking_lot[0] = RoadVehicle(x);
119. parking_lot[1] = parking_lot[0];
120. parking_lot[0].set_weight(5.0);
121. cout << parking_lot[0].get_weight()<<endl<<parking_lot[0].get_num()<<endl;
122. cout << parking_lot[1].get_weight()<<endl<<parking_lot[1].get_num()<<endl;
123. }

使用智能指针，既保留了简单代理类的优点：无需显示管理内存分配，且能实现所代理的实际对象动态绑定，又省略了过多的复制开销。

转载:

http://blog.csdn.net/liqianyuan2009/article/details/15815341

http://blog.csdn.net/liqianyuan2009/article/details/16345121

更多代理参考:

http://blog.csdn.net/wuzhekai1985/article/det

http://www.cnblogs.com/jiese/p/