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C++深入探究二阶构造模式的原理与使用

2022-04-23 09:32:01 作者：清风自在流水潺潺

C++中经常会因为调用系统资源失败导致出现BUG，所以在类调用构造函数需要分配系统资源时会出现BUG，从而导致类对象虽然被创建，但是只是个半成品，为了避免这种情况需要使用二阶构造模式

一、构造函数的回顾

关于构造函数

类的构造函数用于对象的初始化
构造函数与类同名并且没有返回值
构造函数在对象定义时自动被调用

问题

如何判断构造函数的执行结果?
在构造函数中执行 return 语句会发生什么？
构造函数执行结束是否意味着对象构造成功？

下面看一个异常的构造函数：

#include <stdio.h>
class Test
{
    int mi;
    int mj;
    bool mStatus;
public:
    Test(int i, int j) : mStatus(false)
    {
        mi = i;
        return;
        mj = j;
        mStatus = true;
    }
    int getI()
    {
        return mi;
    }
    int getJ()
    {
        return mj;
    }
    int status()
    {
        return mStatus;
    }
};
int main()
{  
    Test t1(1, 2);
    if( t1.status() )
    {
        printf("t1.mi = %d\n", t1.getI());
        printf("t1.mj = %d\n", t1.getJ());
    }
    return 0;
}

运行结果如下，可以看到，没有输出，遇到 return 构造函数就结束了：

构造函数

只提供自动初始化成员变量的机会
不能保证初始化逻辑一定成功
执行 return 语句后构造函数立即结束

结论：构造函数能决定的只是对象的初始状态，而不是对象的诞生！！

二、半成品对象

半成品对象的概念

初始化操作不能按照预期完成而得到的对象
半成品对象是合法的 C++ 对象，也是 Bug 的重要来源

下面来看一个半成品对象的危害：

IntArray.h：

#ifndef _INTARRAY_H_
#define _INTARRAY_H_
class IntArray
{
private:
    int m_length;
    int* m_pointer;
public:
    IntArray(int len);
    IntArray(const IntArray& obj);
    int length();
    bool get(int index, int& value);
    bool set(int index ,int value);
    ~IntArray();
};
#endif

IntArray.c：

（注意：m_pointer = 0; //假设 m_pointer 为空指针，用来模拟申请内存失败的情况）

#include "IntArray.h"
IntArray::IntArray(int len)
{
    m_pointer = 0;  //假设 m_pointer 为空指针，用来模拟申请内存失败的情况    
    if( m_pointer )
    {
        for(int i=0; i<len; i++)
        {
            m_pointer[i] = 0;
        }   
    } 
    m_length = len;
}
IntArray::IntArray(const IntArray& obj)
{
    m_length = obj.m_length; 
    m_pointer = new int[obj.m_length];   
    for(int i=0; i<obj.m_length; i++)
    {
        m_pointer[i] = obj.m_pointer[i];
    }
}
int IntArray::length()
{
    return m_length;
}
bool IntArray::get(int index, int& value)
{
    bool ret = (0 <= index) && (index < length());   
    if( ret )
    {
        value = m_pointer[index];
    }  
    return ret;
}
bool IntArray::set(int index, int value)
{
    bool ret = (0 <= index) && (index < length());
    if( ret )
    {
        m_pointer[index] = value;
    }
    return ret;
}
IntArray::~IntArray()
{
    delete[]m_pointer;
}

main.cpp：

#include <stdio.h>
#include "IntArray.h"
int main()
{
    IntArray a(5);     
    printf("a.length = %d\n", a.length());    
    a.set(0, 1);  
    return 0;
}

输出结果如下：

产生段错误是因为前面令m_pointer = 0; 模拟内存申请不成功。但是在实际工程中，不是每次申请内存都不成功，所以很难重现，堪称最难调试的 bug。

三、二阶构造

工程开发中的构造过程可分为

资源无关的初始化操作
不可能出现异常情况的操作

需要使用系统资源的操作

可能出现异常情况，如：内存申请，访问文件

二阶构造示例一

二阶构造示例二

下面初探一下二阶构造函数：

#include <stdio.h>
class TwoPhaseCons 
{
private:
    TwoPhaseCons() // 第一阶段构造函数
    {   
    }
    bool construct() // 第二阶段构造函数
    { 
        return true; 
    }
public:
    static TwoPhaseCons* NewInstance(); // 对象创建函数
};
TwoPhaseCons* TwoPhaseCons::NewInstance() 
{
    TwoPhaseCons* ret = new TwoPhaseCons();
    // 若第二阶段构造失败，返回 NULL    
    if( !(ret && ret->construct()) ) 
    {
        delete ret;
        ret = NULL;
    }
    return ret;
}
int main()
{
    TwoPhaseCons* obj = TwoPhaseCons::NewInstance();
    printf("obj = %p\n", obj);
    delete obj;
    return 0;
}

运行结果如下，指针的值被打印出来，意味着可以得到一个合法可用的对象，这个对象位于堆空间上：

如果我们就不想用二阶构造，自己申请堆空间，如下：

TwoPhaseCons* obj = new NewInstance();

就会报错，因为构造函数是私有的：

如果第二阶段的构造不成功：

    bool construct() // 第二阶段构造函数
    { 
        return false; 
    }

输出结果如下，打印结果为空：

所以二阶构造的意义就是要么得到一个合法可用的对象，要么返回空。二阶构造用于杜绝半成品对象。

所以前面写的可能产生半成品对象的代码可以写成：

IntArray.h：

#ifndef _INTARRAY_H_
#define _INTARRAY_H_
class IntArray
{
private:
    int m_length;
    int* m_pointer;
    IntArray(int len);
    IntArray(const IntArray& obj);
    bool construct();
public:
    static IntArray* NewInstance(int length); 
    int length();
    bool get(int index, int& value);
    bool set(int index ,int value);
    ~IntArray();
};
#endif

IntArray.c：

#include "IntArray.h"
IntArray::IntArray(int len)
{
    m_length = len;
}
bool IntArray::construct()
{
    bool ret = true;
    m_pointer = new int[m_length];
    if( m_pointer )
    {
        for(int i=0; i<m_length; i++)
        {
            m_pointer[i] = 0;
        }
    }
    else
    {
        ret = false;
    }
    return ret;
}
IntArray* IntArray::NewInstance(int length) 
{
    IntArray* ret = new IntArray(length);
    if( !(ret && ret->construct()) ) 
    {
        delete ret;
        ret = 0;
    }
    return ret;
}
int IntArray::length()
{
    return m_length;
}
bool IntArray::get(int index, int& value)
{
    bool ret = (0 <= index) && (index < length());
    if( ret )
    {
        value = m_pointer[index];
    }
    return ret;
}
bool IntArray::set(int index, int value)
{
    bool ret = (0 <= index) && (index < length());
    if( ret )
    {
        m_pointer[index] = value;
    }
    return ret;
}
IntArray::~IntArray()
{
    delete[]m_pointer;
}

main.c：

#include <stdio.h>
#include "IntArray.h"
int main()
{
    IntArray* a = IntArray::NewInstance(5);    
    printf("a.length = %d\n", a->length());
    a->set(0, 1);
    for(int i=0; i<a->length(); i++)
    {
        int v = 0;
        a->get(i, v);
        printf("a[%d] = %d\n", i, v);
    }
    delete a;
    return 0;
}

输出结果如下：

工程里面对象往往是巨大的，因此不适合放在栈空间，而适合放在堆空间里面，所以二阶构造模式对于工程开发非常有用。

四、小结

构造函数只能决定对象的初始化状态
构造函数中初始化操作的失败不影响对象的诞生
初始化不完全的半成品对象是 Bug 的重要来源
二阶构造人为的将初始化过程分为两部分
二阶构造能够确保创建的对象都是完整初始化的

到此这篇关于C++深入探究二阶构造模式的原理与使用的文章就介绍到这了,更多相关C++二阶构造模式内容请搜索脚本之家以前的文章或继续浏览下面的相关文章希望大家以后多多支持脚本之家！

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