More Effective C++之引用計數

Reference counting讓我想起了Java，當如果想用C++來實現Java的能力的話，那Reference counting必不可少。Reference counting可以節省程序的運行成本，大量的構造、析構、分配、釋放和拷貝的代價被省略。

實現

classRCObject
{
　 public:
　　 RCObject():refCount(0),shareable(true){}
　　 RCObject(constRCObject&):refCount(0),shareable(true){}
　　 RCObject& operator=(constRCObject& rhs){return *this;}
　　 virtual ~RCObject()=0;
　　 void AddReference(){++refCount;}
　　 void RemoveReference(){if (--refCount == 0) deletethis;}
　　 void markUnshareable(){shareable = false;}
　　 bool isShareable() const{returnshareable;}
　　 bool isShared() const {returnrefCount > 1;}
　 private:
　　 int refCount;
　　 bool shareable;
};
RCObject::~RCObject(){}
template <classT>
class RCPtr
{
　 public:
　　 RCPtr(T* realPtr = 0):pointee(realPtr){init();}
　　 RCPtr(constRCPtr& rhs):pointee(rhs.pointee){init();}
　　 ~RCPtr(){if (pointee) pointee->RemoveReference();}
　　 RCPtr& operator = (constRCPtr& rhs)
　　 {
　　　 if (pointee!=rhs.pointee)
　　　 {
　　　　 if (pointee)
　　　　　 pointee->RemoveReference();
　　　　　 pointee = rhs.pointee;
　　　　　 init();
　　　 }
　　　 return *this;
　　 }
　　 T* operator->() const { returnpointee;}
　　 T& operator*() const{return *pointee;}
　 private:
　　 T* pointee;
　　 void init()
　　 {
　　　 if (pointee == 0)
　　　　 return;
　　　 if (pointee->isShareable() == false)
　　　　 pointee = newT(*pointee);
　　　 pointee->AddReference();
　　 }
};
class String
{
　 public:
　　 String(const char* value = ""):value(newStringValue(value)){}
　　 const char& operator[](intnIndex) const
　　 {
　　　 return value->data[nIndex];
　　 }
　　 char& operator[](intnIndex)
　　 {
　　　 if (value->isShared())
　　　　 value = newStringValue(value->data);
　　　　 value->markUnshareable();
　　　　 returnvalue->data[nIndex];
　　 }
　 protected:
　 private:
　　 struct StringValue:publicRCObject
　　 {
　　　 char* data;
　　　 String Value(constchar* initValue)
　　　 {
　　　　 init(initValue);
　　　 }
　　　 String Value(constStringValue& rhs)
　　　 {
　　　　 init(rhs.data);
　　　 }
　　　 void init(constchar * initValue)
　　　 {
　　　　 data = newchar[strlen(initValue) + 1];
　　　　 strcpy(data,initValue);
　　　 }
　　　 ~String Value()
　　　 {
　　　　 delete [] data;
　　　 }
　　 };
　　 RCPtr<StringValue> value;
};

這是Meyers給出的String的實現，然而我的觀點是如果沒有特別的必要的話，對stirng最好不要使用引用計數，因為在多線程程序中同步的代價要大於引用計數本身的好處，得不償失。

如果StringValue是一個現成的類，無法修改它的實現，那怎麼辦？沒關系可以用委托，下面是一個典型的實現：

classRCObject
{
　public:
　　RCObject():refCount(0),shareable(true){}
　　RCObject(constRCObject&):refCount(0),shareable(true){}
　　RCObject& operator=(constRCObject& rhs){return *this;}
　　virtual ~RCObject()=0;
　　void AddReference(){++refCount;}
　　void RemoveReference(){if (--refCount == 0) deletethis;}
　　void markUnshareable(){shareable = false;}
　　bool isShareable() const{returnshareable;}
　　bool isShared() const {returnrefCount > 1;}
　private:
　　int refCount;
　　bool shareable;
};
RCObject::~RCObject(){}
template<classT>
class RCIPtr
{
　public:
　　RCIPtr(T* realPtr = 0):counter(new CountHolder)
　　{
　　　counter->pointee = realPtr;
　　　init();
　　}
　　RCIPtr(constRCIPtr& rhs):counter(rhs.counter)
　　{
　　　init();
　　}
　　~RCIPtr()
　　{
　　　counter->RemoveReference();
　　}
　　RCIPtr& operator = (constRCIPtr& rhs)
　　{
　　　if (counter != rhs.counter) 
　　　{
　　　　counter->RemoveReference();
　　　　counter = rhs.counter;
　　　　init();
　　　}
　　　return *this;
　　}
　　constT* operator->()const
　　{
　　　returncounter->pointee;
　　}
　　T* operator->()
　　{
　　　makeCopy();
　　　returncounter->pointee;
　　}
　　constT& operator*() const
　　{
　　　return *(counter->pointee);
　　}
　　T& operator*()
　　{
　　　makeCopy();
　　　return *(counter->pointee);
　　}
　private:
　　struct CountHolder:publicRCObject
　　{
　　　~Count Holder(){deletepointee;}
　　　T* pointee;
　　};
　　Count Holder* counter;
　　void init()
　　{　
　　　if (counter->isShareable() == false) 
　　　{
　　　　T* oldValue = counter->pointee;
　　　　counter = newCountHolder;
　　　　counter->pointee = newT(*oldValue);
　　　}
　　　counter->AddReference();
　　}
　　void makeCopy()
　　{
　　　if (counter->isShared()) 
　　　{
　　　　T* oldValue = counter->pointee;
　　　　counter->RemoveReference();
　　　　counter = newCountHolder;
　　　　counter->pointee = newT(*oldValue);
　　　　counter->AddReference();
　　　}
　　}
　};
　class Widget
　{
　　public:
　　　Widget(intSize){}
　　　Widget(constWidget& rhs){}
　　　~Widget(){}
　　　Widget operator=(const Widget& rhs){}
　　　void doThis(){printf("doThis()\n");return;}
　　　int showThat() const{printf("showThat()\n"); return 0;} 
　　protected:
　　private:
　　　inti;
　};
　class RCWidget
　{
　　public:
　　　RCWidget(intsize):value(newWidget(size)){}
　　　void doThis(){value->doThis();}
　　　int showThat()const {returnvalue->showThat();}
　　protected:
　　private:
　　　RCIPtr<Widget> value;
};

評估

實現引用計數是需要有前提的，不是所有的情況下，使用引用計數都是合適的。適合情況如下：

相對多的對象共享相對少量的實值。

對象的實值產生或者銷毀的成本很高，或者占用很多內存。

但是要記住，即使是Java也會有內存洩漏，不要指望小小的引用計數（上面簡單的實現）不會產生同樣的問題。

引用計數是一項很深奧的技術，想想Java，所以需要很謹慎的對待，但願它能帶來程序設計上的優化。