more effective c++——Item M29 引用計數（三）帶引用計數的基類的實現

more effective c++——Item M29 引用計數（一）和more effective c++——Item M29 引用計數(二)這兩篇都是針對char *的實現，雖然能夠正常工作，但是存在以下問題：

1.用戶類仍然需要構造自己的數據結構，並對值、計數器進行操作
2.不便於移植，需要對原始的類做特定的修改，不同的數據類型需要重新設計
3.必須要有權限修改數據類的源代碼，如果該類存在於lib中，則無法實現

是否可以設計一種新的類，達到引用計數的效果的同時避免上述問題，並且對用戶屏蔽該類的實現？stanly lippman提供了帶引用計數的基類的方法來解決這些問題——通過構建一個智能指針類來代理原始類，

帶引用計數基類的String類

一.構建引用計數的基類RCObject

1.RCObject作爲引用計數的基類，所有的引用計數類都從它繼承
2.RCObject只提供基本的操作，但是不對計數器及資源做任何操作
3.RCObject提供該對象是否可共享的標記符，並提供相應操作接口，RCObject對象默認可共享
4.作爲基類爲了實現動態綁定，RCObject需要作爲純虛類實現，不可實例化
5.RCObject爲了能夠在引用計數爲0的時候刪除資源，必須調用delete this，則RCObject子類必須建立在堆上
6.當構造一個RCObject子類時，我們並不知道子類要如何設置引用計數，因此我們將RCObject初始化引用計數爲0，並由持有rcobject子類的類去負責引用計數的增減及資源的釋放

RCObject類實現如下：

#pragma once

class RCObject {
public:
    RCObject();
    RCObject(const RCObject& rhs);
    RCObject& operator=(const RCObject& rhs);
    virtual ~RCObject() = 0;
    void addReference();
    void removeReference();
    void markUnshareable();
    bool isShareable() const;
    bool isShared() const;
private:
    int refCount;
    bool shareable;
};

RCObject::RCObject()
    : refCount(0), shareable(true) {}

RCObject::RCObject(const RCObject&)
    : refCount(0), shareable(true) {}

RCObject& RCObject::operator=(const RCObject&)
{
    return *this;
}

RCObject::~RCObject() {} // virtual dtors must always
                         // be implemented, even if
                         // they are pure virtual
                         // and do nothing (see also
                         // Item M33 and Item E14)

void RCObject::addReference() { ++refCount; }

void RCObject::removeReference()
{
    if (--refCount == 0) delete this;
}

void RCObject::markUnshareable()
{
    shareable = false;
}

bool RCObject::isShareable() const
{
    return shareable;
}

bool RCObject::isShared() const
{
    return refCount > 1;
}

RCPtr 的實現

有了引用計數的基類，可以開始着手實現持有rcobject對象的類了，該類負責引用計數的增減及對象的構造與釋放，它相當於一個簡易的智能指針，主要實現以下功能：
1.原始指針作爲參數的構造函數
2.由於持有堆內存上的對象，因此需要實現拷貝構造函數與賦值操作符
3.析構函數，負責根據引用計數的值判斷是否需要刪除堆上的資源
4.提供operator->與operator*操作符，用於模擬指針操作
5.爲了不限於爲某一類型提供服務，實現爲模板類，且其模板類型必須從rcobject繼承

實現如下：

#pragma once
// template class for smart pointers-to-T objects. T must
// support the RCObject interface, typically by inheriting from RCObject
template<class T>
class RCPtr {
public:
    RCPtr(T* realPtr = 0);
    RCPtr(const RCPtr& rhs);
    ~RCPtr();
    RCPtr& operator=(const RCPtr& rhs);
    T* operator->() const; // see Item 28
    T& operator*() const; // see Item 28
private:
    T *pointee; // dumb pointer this object is emulating
    void init(); // common initialization
};


template<class T>
RCPtr<T>::RCPtr(T* realPtr) : pointee(realPtr)
{
    init();
}

template<class T>
RCPtr<T>::RCPtr(const RCPtr& rhs) : pointee(rhs.pointee)
{
    init();
}

template<class T>
void RCPtr<T>::init()
{
    if (pointee == 0) { 
        return; 
    }
    if (pointee->isShareable() == false) { 
        pointee = new T(*pointee); 
    } 
    pointee->addReference();
} 

template<class T>
RCPtr<T>& RCPtr<T>::operator=(const RCPtr& rhs)
{
    if (pointee != rhs.pointee) { 
        if (pointee) {
            pointee->removeReference(); // remove reference
        } 
        pointee = rhs.pointee; 
        init(); 
    } 
    return *this;
}

template<class T>
RCPtr<T>::~RCPtr()
{
    if (pointee)pointee->removeReference();
}

template<class T>
T* RCPtr<T>::operator->() const { return pointee; }

template<class T>
T& RCPtr<T>::operator*() const { return *pointee; }

有了引用計數的基類及智能指針，以前實現的stringvalue則不再需要持有rfcount，只需要從它繼承，然後持有必要的資源，讓rcptr負責引用計數與構造析構相關的工作即可，以下爲stringvalue及String類的實現：

#pragma once
#include "RCObject.h"
#include "RCPtr.h"
#include <cstring>

class String { // class to be used by application developers
public:
    String(const char *value = "");
    const char& operator[](int index) const;
    char& operator[](int index);

private:
    // class representing string values
    struct StringValue : public RCObject {
        char *data;
        StringValue(const char *initValue);
        StringValue(const StringValue& rhs);
        void init(const char *initValue);
        ~StringValue();
    };
    RCPtr<StringValue> value;
};


void String::StringValue::init(const char *initValue)
{
    data = new char[strlen(initValue) + 1];
    strcpy(data, initValue);
}
String::StringValue::StringValue(const char *initValue)
{
    init(initValue);
}
String::StringValue::StringValue(const StringValue& rhs)
{
    init(rhs.data);
}
String::StringValue::~StringValue()
{
    delete[] data;
}

String::String(const char *initValue)
    : value(new StringValue(initValue)) {}
const char& String::operator[](int index) const
{
    return value->data[index];
}
char& String::operator[](int index)
{
    if (value->isShared()) {
        value = new StringValue(value->data);
    }
    value->markUnshareable();
    return value->data[index];
}

通用引用計數的實現

上面的類針必須要能夠修改原始代碼，在不可修改原始代碼的情況下，增加一箇中間層即可實現同樣的功能，而且使用起來更加方便，因爲類的相關信息都被屏蔽，新實現的類不需要關心以何種結構來承載資源與引用計數

計算機科學中的絕大部分問題都可以通過增加一箇中間層次來解決。由於不能直接修改原始類——OldClass的代碼，可以通過增加一箇中間層CountHolder ，讓它持有需要修改的類的指針，然後讓智能指針類RCIPtr的模板對象持有該計數器的指針，然後將RCIPtr<OldClass>作對象爲新實現的引用計數類RFNewClass的成員變量，通過RFNewClass間接持有的OldClass指針實現與OldClass相同的接口即可。

//RCIPtr.hpp實現，
#pragma once
#include "RCObject.h"
template<class T>
class RCIPtr 
{
public:
    RCIPtr(T* realPtr = 0);
    RCIPtr(const RCIPtr& rhs);
    ~RCIPtr();

    RCIPtr& operator=(const RCIPtr& rhs);
    const T* operator->() const; 
    T* operator->();    
    const T& operator*() const; 
    T& operator*(); 
private:
    struct CountHolder : public RCObject {
        ~CountHolder() { delete pointee; }
        T *pointee;
    };
    CountHolder *counter;
    void init();
    void makeCopy(); // see below
};


template<class T>
void RCIPtr<T>::init()
{
    if (counter->isShareable() == false) {
        T *oldValue = counter->pointee;
        counter = new CountHolder;
        counter->pointee = new T(*oldValue);
    }
    counter->addReference();
}
template<class T>
RCIPtr<T>::RCIPtr(T* realPtr)
    : counter(new CountHolder)
{
    counter->pointee = realPtr;
    init();
}
template<class T>
RCIPtr<T>::RCIPtr(const RCIPtr& rhs)
    : counter(rhs.counter)
{
    init();
}
template<class T>
RCIPtr<T>::~RCIPtr()
{
    counter->removeReference();
}
template<class T>
RCIPtr<T>& RCIPtr<T>::operator=(const RCIPtr& rhs)
{
    if (counter != rhs.counter) {
        counter->removeReference();
        counter = rhs.counter;
        init();
    }
    return *this;
}
template<class T> // implement the copy
void RCIPtr<T>::makeCopy() // part of copy-on-
{ // write (COW)
    if (counter->isShared()) {
        T *oldValue = counter->pointee;
        counter->removeReference();
        counter = new CountHolder;
        counter->pointee = new T(*oldValue);
        counter->addReference();
    }
}
template<class T> // const access;
const T* RCIPtr<T>::operator->() const // no COW needed
{
    return counter->pointee;
}
template<class T> // non-const

T* RCIPtr<T>::operator->() // access; COW
{
    makeCopy(); return counter->pointee;
} // needed
template<class T> // const access;
const T& RCIPtr<T>::operator*() const // no COW needed
{
    return *(counter->pointee);
}
template<class T> // non-const
T& RCIPtr<T>::operator*() // access; do the
{
    makeCopy(); return *(counter->pointee);
} 

RCIPtr的使用：

#pragma once
#include "RCIPtr.h"
#include <string>
using namespace std;

class RCString {
public:
    RCString(const char *str = "") : value(new string(str)) {}
private:
    RCIPtr<string> value;
};