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：

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：

class CUseCount 
{ 
public: 
    CUseCount(); 
    CUseCount(const CUseCount&);
    CUseCount& operator=(const CUseCount&);
    virtual ~CUseCount() = 0; 
 
    void markUnshareable();
    bool isShareable() const;
    bool isShared() const;
    
    void addReference();
    void removeReference();
 
private:
    int refCount;    //注意这里非int指针
    bool shareable;    //是否是共享状态
};

CUseCount::CUseCount():refCount(0), shareable(true)
{} 
 
CUseCount::CUseCount(const CUseCount& u):refCount(0), shareable(true)
{}

CUseCount& CUseCount::operator=(const CUseCount& u)
{
    return *this;
}

CUseCount::~CUseCount() 
{} 

void CUseCount::markUnshareable()         
{          
    shareable = false;          
}
        
bool CUseCount::isShareable() const
{
    return shareable;         
}
   
bool CUseCount::isShared() const
{         
    return refCount > 1;         
}

void CUseCount::addReference() 
{
    ++refCount;
}

void CUseCount::removeReference()         
{          
    if(--refCount == 0)
        delete this;         
}

• 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：

template<class T> class Handle
{
public:
    Handle(T *p = 0);
    Handle(const Handle& h);
    Handle& operator=(const Handle&);
    ~Handle();
    //other member functions
private:
    T* ptr;
    void init();
};

template<class T>
inline Handle<T>::init()
{
    if(ptr == 0)
        return;
    if(ptr->isShareable() == false)    //非共享状态，进行复制
        ptr = new T(*ptr);

    ptr->addReference();    //引用计数增加
}

template<class T>   
inline Handle<T>::Handle(T* p):ptr(p) //u 默认构造函数
{
    init();
}

template<class T>
inline Handle<T>::Handle(const Handle& rhs):ptr(rhs.ptr)
{
    init();
}

template<class T>
inline Handle<T>& Handle<T>::operator=(const Handle& rhs)   
{
    if(ptr != rhs.ptr)
    {
        if(ptr != NULL)
        {
            ptr->removeReference();
        }
        ptr = rhs.ptr;
        init();
    }
    return *this;
}

template<class T>
inline Handle<T>::~Handle()
{
    if(ptr)
        ptr->removeReference();
}

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：

​class String        
{  
public:    
    String(const char *value = "");       
    const char& operator[](int index) const;       
    char& operator[](int index);       
private:
    struct StringValue: public CUseCount    //继承自引用计数
    {       
        char *data;       
        StringValue(const char *initValue);       
        StringValue(const StringValue& rhs);       
        void init(const char *initValue);       
        ~StringValue();       
    };       
    Handle<StringValue> value;
};

void String::StringValue::init(const char *initValue)       
{       
    data = new char[strlen(initValue) + 1];
    strcpy(data, initValue);
}

String::StringValue::StringValue(const char *initValue)       
{        
    init(initValue);
}       

String::StringValue::StringValue(const StringValue& rhs)       
{        
    init(rhs.data);
}

String::StringValue::~StringValue()
{
    delete [] data;
}

String::String(const char *initValue): value(new StringValue(initValue)) 
{}

const char& String::operator[](int index) const    //const函数不进行复制
{        
    return value->data[index];        
}

char& String::operator[](int index)
{       
    if (value->isShared())
    {
        value = new StringValue(value->data);    //先调用基类UseCount拷贝构造函数
    }
    value->markUnshareable();
    return value->data[index];
}

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：

  char& String::operator[](int index)
  {       
      if (value->isShareable())
      {
          value = new StringValue(value->data);    //先调用基类UseCount拷贝构造函数
      }
      value->markUnshareable();
      return value->data[index];
  }
  
  int main()
  {
      String s("Grubby");
      char c = s[3];
      
      return 0;
  }

  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……