3.10 C++高级编程_Android强弱指针的实现与使用

上节通过一个死锁的问题，引入了强弱指针的概念。

本节来讨论Android强弱指针的实现与使用。

轻量级智能指针

先来回顾一下轻量级智能指针。

首先定义了一个 LightRefBase类，它有一个私有成员 mCount，即所谓的引用计数。

然后定义了一个Person类，Person类继承了LightRefBase类，这样Person类就同样有引用计数了。

可以通过 sp 来使用Person类，sp是一个模板类，它有一个私有成员m_ptr，指向我们使用new Person() 创建出来的Person对象。

在sp的构造函数中，通过调用incStrong函数，来增加引用计数；在sp的析构函数中，通过调用decStrong函数，来减少引用计数。

当检测到引用计数为0时，就把m_ptr指向的对象释放掉。

这就是轻量级智能指针。

统一实现强指针/弱指针

现在，我们来尝试统一实现强指针/弱指针。

之前是LightRefBase，现在去掉轻量Light，变成RefBase。

mCount变成mStrong和mWeak，其中mStrong是强引用计数，和之前mCount的作用相同；mWeak则是弱引用计数。

对于mStrong，有：

• void incStrong();
• void decStrong();

对于mWeak，有：

• void incWeak();
• void decWeak();

它们的结构应该是这样，mStrong和mWeak是私有成员，void incStrong();等函数是公有成员。

把上述的类抽象出来，定义一个类StrongWeakRef_type。

class StrongWeakRef_type {
private:
    int mStrong;
    int mWeak;
 
public:
    void incStrong();
    void decStrong();
    void incWeak();
    void decWeak();
};

为了兼容以前的函数，将incStrong和decStrong放在RefBase类中。

另外，在头文件中，我们不希望别人可以看到StrongWeakRef_type的私有成员，mStrong和mWeak；只需要将public成员开放出来即可。

那么可以通过抽象类界面来实现，将StrongWeakRef_type类拆分成两部分：

1. 固定接口；
2. 变化的实现；

抽象出一个接口类weakref_type，里面只放接口。

class Weakref_type {
public:
    void incWeak();
    void decWeak();
};

抽象出一个实现类weakref_impl，它继承于weakref_type。

class Weakref_impl {
private:
    int mStrong;
    int mWeak;
};

然后，把相对固定的接口类weakref_type，放在头文件里面；把实现类weakref_impl，放在cpp文件里面。

需要使用时只需要包含头文件即可，而cpp文件，则可以编译成库。

在RefBase.h文件中，有一个RefBase类，它会包含weakref_impl类。

需要注意的是，它包含的是指向weakref_impl类的指针。

那么，为什么包含的是指针而不是 weakref_impl 类本身呢？

答：如果包含的是 weakref_impl 类，那么后续如果 weakref_impl 类的成员有变动（即空间分配有变动），那么也就意味着所有使用到utils\RefBase.h文件的应用都需要重新编译。

这样的话，改动的代价就太大了，而如果只是包含指针，指针只是一个地址，在32位机中只占据4个字节，即使 weakref_impl 类的结构有变动，RefBase的空间布局也不会有影响，还是一个32位的指针。

weakref_impl类

问：weakref_impl类是在哪里实现的？

答：在安卓源码的RefBase.cpp文件中实现的，它有 mStrong，mWeak和一些其他参数。

并且可以看到，weakref_impl类是从weakref_type中派生出来的，而weakref_type则是在头文件RefBase.h中定义的，它定义了一些接口供外部调用。

Person类

当我们使用Person类的时候，首先是定义，Person需要继承RefBase。

class Person : public RefBase {
    ...
};

• 使用强指针时，使用 sp; 对应的计数函数就是 incStrong函数和decStrong函数；
• 使用弱指针时，使用 wp; 对应的计数函数就是 incWeak函数和decWeak函数；

使用强指针

创建一个include目录，从安卓源码把cutils和utils复制过来，放到include目录下。

再把安卓源码中的RefBase.cpp也复制过来。

写一个Makefile来编译代码，在Makefile中指定头文件路径。

最终测试代码如下，中间分析过程省略，后面会提供指令下载可以编译的代码。

#include <iostream>
#include <string.h>
#include <unistd.h>
#include <utils/RefBase.h>
 
using namespace std;
using namespace android;
 
class Person : public RefBase {
private:
    sp<Person> father;
    sp<Person> son;
public:
    void setSon(sp<Person> &other) { this->son = other; }
    void setFather(sp<Person> &other) { this->father = other; }
 
    Person()
    {
        cout << "Person()" << endl;
    }
 
    ~Person()
    {
        cout << "~Person()" << endl;
    }
 
    void printInfo(void)
    {
        cout << "printInfo()" << endl;
    }
};
 
void test_func(void)
{
    sp<Person> father = new Person();
    sp<Person> son = new Person();
 
    father->setSon(son);
    son->setFather(father);
}
 
int main(int argc, char **argv)
{
    test_func();
 
    return 0;
}

由于使用的是sp，即强指针，所以此时编译会出现和之前一样内存泄漏的问题。

使用弱指针

修改为弱指针wp，看一下是否可以解决这个问题。

编译测试，发现析构函数有被调用，即没有发生死锁。

修改main函数，在main函数中调用Person类的printInfo函数。

编译测试，出现报错。

出错的原因在于，对于弱指针，它没有重载'->'。

因为wp只是引用而已，并没有控制对象的生死，所以可能在引用时，对象已经死亡了。

同理，弱指针也没有重载 '*'。

那么，弱指针要怎么使用'->' 和 '*' 呢？

答：将弱指针wp转换为强指针sp之后，就可以使用'->' 和 '*' 了。

wp类中有一个成员函数promote，使用这个函数可以将弱指针转换为强指针。

需要注意的是，promote函数可能转换成功，也可能转换失败，转换失败时返回0。

所以，要对返回值做一个判断，只有转换成功时才能使用。

此时编译测试，就没有问题了。

修改代码，在Person类中增加一个私有成员name，一个构造函数Person(char *name)，获取name的成员函数char *getName(void)。

修改printInfo函数，将father和son的名字输出。

修改测试函数test_func，分别设置和打印信息。

在main函数中调用test_func函数。

 

编译测试，此时可以输出son和father的名字，并且析构函数有被调用。

总结

最后，根据上面的测试可以知道，使用弱指针可以解决强指针中存在的死锁的问题，但是对于弱指针，如果想要调用Person里面的成员函数，必须先使用promote函数将弱指针转换为强指针。

同时需要判断一下返回值，因为弱指针只是简单的返回某个对象而已，它不保证这个对象是否没有消亡。

本节只是简单测试强弱指针的使用方法，对于它们的具体实现方法，待以后深入研究。

获取源码

本节代码，可以使用以下指令获取：

git clone https://github.com/weidongshan/cpp_project.git
git pull origin master
git checkout v21