顶层父类的创建

Posted 2021-03-23 -glb

创建一个可复用的数据结构类库
可复用：就是在不同的工程里面可以使用这门课创建的数据结构库，在不同的编译器、不同的工程里使用DTLib都是可以的。
当代软件架构实践中的经验
——尽量使用单重继承的方式进行系统设计 （单重继承+多接口）
——尽量保持系统中只存在单一的继承树     （在当代的软件架构中是如何来保证呢？创建一个顶层的抽象父类来保证）
——尽量使用组合关系替代继承关系

不幸的事实：
——C++语言的灵活性使得代码中可以存在多个继承树
——C++编译器的差异使得同样的代码可能表现不同的行为

new操作符如果失败会发生什么？
大多数人认为，new失败返回一个空指针
早期的编译器确实在new失败的时候，返回一个空指针。但是现代的C++编译器，行为却不是这样的。在new操作失败的时候，会抛出一个标准库的异常。这就会给我们创建一个可复用的库，带来了困难。因为我们需要考虑当new失败时，库中的代码如何处理？

因此，在创建顶层父类的时候，需要考虑下面的问题了。
创建DTLib::Object类的意义
——遵循经典设计准则，所有数据结构都继承自Object类
——定义动态内存申请的行为，提高代码的移植性
这样的做的好处就是：
1）不使用编译器默认new的行为，自定义一个行为出来，这样就可以保证不同的编译器它表现出来的行为是一样的。不使用编译器默认new的行为，自定义一个行为出来，这样就可以保证不同的编译器它表现出来的行为是一样的。
2）创建了顶层的Object父类，就想尽量的保证在这个数据结构库中它是单一的继承树了。

顶层父类的接口定义

class Object
{
public:
    void* operator new(unsigned int size) throw();
    void operator delete(void* p);
    void* operator new[] (unsigned int size) throw();
    void operator delete[](void* p);
    ~Object() = 0 ;//使得顶层的父类是一个抽象类，保证该类的所有子类都有虚函数表的指针。这样做有什么好处？这样就可以去使用动态类型识别相关的技术了。

};

Object.h

#ifndef OBJECT_H
#define OBJECT_H

namespace DTLib
{
class Object
{
public:
    void* operator new(unsigned int size) throw();  //在堆空间中创建单个对象时，就会调用这个new的重载实现了.throw表示当前这个函数不会抛出任何异常的。
    void operator delete(void* p);
    void* operator new[] (unsigned int size) throw(); //在堆空创建对象数组时
    void operator delete[](void* p);
    virtual ~Object() = 0 ;
};

}

#endif // OBJECT_H

Object.cpp

#include "Object.h"
#include <cstdlib>

namespace DTLib
{
void* Object::operator new(unsigned int size) throw()
{
    return malloc(size);
}
void Object::operator delete(void* p)
{
    free(p);
}
void* Object::operator new[] (unsigned int size) throw()
{
    return malloc(size);
}
void Object::operator delete[](void* p)
{
    free(p);
}
Object::~Object()
{

}

}

这样做真的有意义吗？

实验一：

在Object.cpp中打印一些语句，如下：

#include "Object.h"
#include <cstdlib>
#include <iostream>

using namespace std;

namespace DTLib
{
void* Object::operator new(unsigned int size) throw()
{
    cout << "void* Object::operator new" << endl;
    return malloc(size);
}
void Object::operator delete(void* p)
{
    cout << "void Object::operator delete" << endl;
    free(p);
}
void* Object::operator new[] (unsigned int size) throw()
{
    cout << "void* Object::operator new[]" << endl;
    return malloc(size);
}
void Object::operator delete[](void* p)
{
    cout << "void Object::operator delete[]" << endl;
    free(p);
}
Object::~Object()
{

}

}

在mian.cpp

#include <iostream>
#include "Object.h"

using namespace std;
using namespace DTLib;

class Test : public Object
{
public:
    int i;
    int j;
};

class Child : public Test
{
public:
    int k;
};

int main()
{
    Object* obj1 = new Test(); //在堆空间创建Test对象
    Object* obj2 = new Child(); //在堆空间创建child对象

    delete obj1;
    delete obj2;

    return 0;
}

打印结果：

打印结果表明，new和delete使用的不是C++编译器的默认实现了，而是在顶层父类中自定义的实现。

实验二：

在Object.cpp中，再加入如下信息：

#include "Object.h"
#include <cstdlib>
#include <iostream>

using namespace std;

namespace DTLib
{
void* Object::operator new(unsigned int size) throw()
{
    cout << "void* Object::operator new" << size << endl;
    return malloc(size);
}
void Object::operator delete(void* p)
{
    cout << "void Object::operator delete" << p << endl;
    free(p);
}
void* Object::operator new[] (unsigned int size) throw()
{
    cout << "void* Object::operator new[]" << endl;
    return malloc(size);
}
void Object::operator delete[](void* p)
{
    cout << "void Object::operator delete[]" << endl;
    free(p);
}
Object::~Object()
{

}

}

main.cpp

#include <iostream>
#include "Object.h"

using namespace std;
using namespace DTLib;

class Test : public Object
{
public:
    int i;
    int j;
};

class Child : public Test
{
public:
    int k;
};

int main()
{
    Object* obj1 = new Test(); //在堆空间创建Test对象
    Object* obj2 = new Child(); //在堆空间创建child对象

    cout << "obj1 = " << obj1 << endl;
    cout << "obj2 = " << obj2 << endl;

    delete obj1;
    delete obj2;

    return 0;
}

打印结果：

 

 这个地方会有虚函数表指针，所以打印结果会是12和16

释放这两个指针所指向的对象空间的时候，使用的是我们自己提供的实现。这意味着，如果数据结构库中的所有类都继承于Object顶层父类，那我们就可以保证从堆空间创建数据对象的时候，必然使用的是我们自己提供的new和delete的实现了。这就是创建顶层父类的关键所在了。

小结：

Object类是DTLib中数据结构类的顶层父类
Object类用于统一动态内存申请的行为
在堆中创建Object子类的对象，失败时返回NULL
Object类为纯虚父类，所有子类都能进行动态类型识别