实现一个使用的C++对象计数

本文目的是实现一个实用的对C++类计数的类，同时在实现过程中指出一些容易为人忽视的C++知识。

要实现一个类的对象（实例）计数，即程序运行中此类有多少个对象存在，最容易的实现方法是使用静态数据成员。如下：

 01.classWidget {02.public:03.Widget() { ++count; }04.Widget(constWidget&) { ++count; } 05.~Widget() { --count; }06.07.staticsize_thowMany() 08.{returncount; } 09.10.private:11.staticsize_tcount; 12.};13.14.//cpp文件中15.size_tWidget::count = 0;

注意构造函数也要增加计数，这一点很多人容易忘记。

但是如果程序中有多个需要实例计数的类，则在每个类中加入上面代码未免繁琐、易错。这种情况下，最好是实现一个通用计数类。它应该具备一下特点：

易于使用：任何需要计数的类（以下简称客户类）只要添加少数代码即可使用；

有效率：不增加客户类大小，对客户类性能没有影响；

健壮：客户类使用时，不容易误用。

下面我们将逐步实现并完善这个通用的计数类。

 01.classCounter {02.public:03.Counter() { ++count; }04.Counter(constCounter&) { ++count; } 05.~Counter() { --count; }06.staticsize_thowMany() 07.{returncount; } 08.09.private:10.staticsize_tcount; 11.};12.13.// This still goes in an implementation file14.size_tCounter::count = 0;

上面这个Counter类能否正确完成计数呢？例如：Widget类利用它来进行实例计数：

 01.// embed a Counter to count objects02.classWidget {03.public:04......// all the usual public05.// Widget stuff06.staticsize_thowMany() 07.{returnCounter::howMany(); }08.private:09......// all the usual private10.// Widget stuff11.Counter c;12.};13.14.//or:15.16.// inherit from Counter to count objects17.classWidget:public Counter { 18......// all the usual public19.// Widget stuff20.private:21......// all the usual private22.// Widget stuff23.};

对于Widget本身来说，Counter完成了任务。然而，如果我们在同一进程中还需要利用Counter来计数Fish类，显然，Counter就不能胜任，因为它只有一个静态成员变量，它会将Widget和Fish的个数一起统计。这个方案不行，怎么办？用模板！如下：

 01.template02.classCounter {03.public:04.Counter() { ++count; }05.Counter(constCounter&) { ++count; } 06.~Counter() { --count; }07.08.staticsize_thowMany() 09.{returncount; } 10.11.private:12.staticsize_tcount; 13.};14.15.// this now can go in header16.templatesize_tCounter::count = 0;

则上面的实现变成：

 01.// embed a Counter to count objects02.classWidget {03.public:04......05.staticsize_thowMany() 06.{returnCounter::howMany();}07.private:08......09.Counter c;10.};11.12.//or:13.14.// inherit from Counter to count objects15.classWidget:public Counter { 16......17.};

这样，其他类就可以使用Counter计数自己的实例了，它们将互不影响。

上面两种方案都可正确实现计数，我们继续探讨这两种方案的优缺点。

首先讲public继承，即class Widget: public Counter这种方案：有经验的读者肯定会想到基类Counter的析构函数要变为虚函数。否则通过基类指针delete派生类时，结果未定义（可能导致程序crash或其他）

 1.Counter *pw =newWidget; // get base class ptr to derived class object2.......3.deletepw;// yields undefined results if the base class lacks a virtual destructor

但一旦Counter有虚析构函数，就会给类带入vTable，多占用了空间并影响客户类的效率。解决方法可以是将析构函数作为protected成员。这样就不能delete pw，因为它会导致编译错误。

 1.template2.classCounter {3.public:4......5.protected:6.~Counter() { --count; }7......8.};

其次，Counter作为客户类的成员变量这种方案（这时Counter的析构函数必须public）。一个明显的缺点是客户类必须定义Counter为其成员变量同时还得定义一个inline函数以调用Counter类得HowMany函数。另一个较隐蔽的缺点：它增大了客户类所占用的内存。Counter类没有非静态成员变量，有人就可能会认为Counter对象的大小为0，其实不然，C++规定所有对象的大小最小必须为1字节。所以这用方案增加了客户类的大小。使用派生则不一样，基类size可以0，所以public继承方案不会增加客户类的大小。

除了上面两种方案，还可以使用private继承，即class Widget: private Counter。类似于第一种方案：

 1.classWidget:private Counter { 2.public:3.// make howMany public4.usingCounter::howMany;5.6......// rest of Widget is unchanged7.};

它直接防止下面的代码：

 1.Counter *pw =newWidget; //私有继承不允许这样转换

综合看来，public继承方案已经比较完善了。然而，还是有些值得注意的地方。假如有另一个类SpecialWidget，其继承于Widget，对类SpecialWidget的对象计数就只能如下：

 1.classSpecialWidget:publicWidget, 2.publicCounter {3.public:4.};

这样，对SpecialWidget的对象计数是正确的，但对Widget对象的计数是错误的。这时Widget的计数是Widget类的所有对象SpecialWidget类的所有对象的总和。为什么？因为每创建一个SpecialWidget对象，Widget构造函数就要调用一次，就增加一次计数。

总结

用模板实现的这个对象计数类可以满足绝大多数需求，但不适用于计数有继承关系的类。本文的核心思想来源于CUG上C++大师Scott Meyers的一篇文章并有所改动。