C++/CLI——2类和对象生存期

C++/CLI——2函数与类的使用方法

函数使用

定义函数和使用函数基本与C#相同，只不过C++/CLI可以像标准C++一样，可以先声明函数原型，再定义函数主体。值得注意的是，如果有默认参数，只能在函数原型中定义，不能在函数主体中重复定义。

#include "pch.h"
using namespace System;

//函数原型
double GetResult(double a=1, double b=1);

//函数主体
double GetResult(double a, double b)
{
	return a + b;
}
//调用函数
int main(array<System::String^>^ args)
{
	double r = GetResult(100);
	Console::WriteLine(r);
	return 0;
}

C++/CLI中的语句如if、switch、while、for、do while等，均与C#用法相同。

类和对象

定义类

和标准C++一样，在.h头文件中声明原型，在.cpp源文件中定义实现。使用::表示C++作用域解析符，->表示调用成员操作符。

案例：

//头文件
#pragma once
ref class CreditCardAccount
{
public:
	CreditCardAccount();
	CreditCardAccount(long number, double balance, double limit);
	static CreditCardAccount();//静态类构造器
	void SetCreditLimit(double amount);
	bool MakePurchase(double amount);
	void MakeRepayment(double amount);
	void PrintStatement();
	long GetAccountNumber();
	static int GetNumberOfAccounts();
private:
	long accountNumber;
	double currentBalance;
	double creditLimit;
	static int NumberOfAccounts;
};

源文件

#include "pch.h"
#include "CreditCardAccount.h"
using namespace System;

CreditCardAccount::CreditCardAccount()
{
}
静态类构造器
static CreditCardAccount::CreditCardAccount()
{
}
//成员初始化列表
CreditCardAccount::CreditCardAccount(long number, double balance, double limit):accountNumber(number), currentBalance(balance), creditLimit(limit)
{
}
void CreditCardAccount::SetCreditLimit(double amount)
{
	creditLimit = amount;
}
bool CreditCardAccount::MakePurchase(double amount)
{
	if (currentBalance +amount>creditLimit)
	{
		return false;
	}
	else
	{
		currentBalance += amount;
		return true;
	}
}

void CreditCardAccount::MakeRepayment(double amount)
{
	currentBalance -= amount;
}

void CreditCardAccount::PrintStatement()
{
	Console::WriteLine(currentBalance);
}

long CreditCardAccount::GetAccountNumber()
{
	return accountNumber;
}
//此时没有static，只有在函数原型时含有static
int CreditCardAccount::GetNumberOfAccounts()
{
	return 0;
}

调用

#include "pch.h"
#include "CreditCardAccount.h"
using namespace System;

int main(array<System::String^>^ args)
{
	CreditCardAccount^ myAccount = gcnew CreditCardAccount();
	myAccount->SetCreditLimit(1000);
	myAccount->MakePurchase(1000);
	myAccount->PrintStatement();
	long num = myAccount->GetAccountNumber();
	Console::WriteLine(num);
}

类构造器

不同于标准C++，C++/CLI支持静态构造器，普通构造器是在对象创建时初始化实例成员，而静态构造器是在类可以使用前完成一些准备工作，这意味着在创建类的任何对象，或者在使用类的任何静态成员之前都会先调用类静态构造函数。

//h文件 
ref class CreditCardAccount
{
public:
	static CreditCardAccount();
};
//cpp文件
static CreditCardAccount::CreditCardAccount()
{

}

类级常量

类级常量代表在类的所有实例中都不变的值，可以使用literal关键字来创建

literal string^ name ="hello";

在标准的C++中可以使用static const来表示类级别常量，虽然C++/CLI也支持这样写，但是如果类时通过一个#using语句来访问，这种常量不被认为是编译时常量，所以推荐使用literal。

实例常量

可以用initonly关键字来标记实例常量，也就是在创建类的实例时由构造器赋值，之后就不能更改。

对象生存期

C++/CLI中垃圾回收器（GC）来清理不需要的对象，垃圾回收器有三点要注意：

  1. 对象总是通过句柄来管理，这是系统跟踪对象的方式
  2. 只要有一个句柄指向对象，该对象就不会被回收
  3. 无法判断对象的内存在什么时候回收，这有GC来决定

垃圾回收器有一个原则越老的对象存活时间越长，因为gc有“代”的概念，0代满了就对0代进行回收，幸存下来的对象提升到1代，目前gc只支持3代。

析构器

标准C++和C#都具有析构器，只不过C#中的析构器不能显式调用，C++/CLI定义方式与之相同，使用方法和标准C++类似，使用delete来调用析构器

ref class MyClass
{
public:
	MyClass();
	~MyClass();

};

int main(array<System::String^>^ args)
{
	MyClass^ c = gcnew MyClass();
	delete c;
}

终结器

垃圾回收器回收对象时调用的是终结器，如果使用了非托管资源，则要定义终结器，如果未使用非托管资源，则一般不需要定义终结器，与C#中的析构器类似，不能显式调用。

ref class MyClass
{
public:
	MyClass();
	!MyClass();
};

终结期的三个原则：

  1. 不要定义什么都不做的终结器，因为一旦定义了，GC就会在回收对象的内存中执行，这会有性能损耗
  2. 终结期的顺序不能确定，如A和B都有终结器，且都对同一数据进行操作，这是无法确定谁先执行的
  3. 如果整个应用程序已经终止，仍然存活的对象不会再调用终结器，这包括后台线程使用的对象，或者在终结器中创建的对象。
案例
ref class MyClass
{
public:
	MyClass(String^ name);
	~MyClass();
	!MyClass();
	void DoSomething();

private:
	String^ name;
};


MyClass::MyClass(String^ name)
{
	this->name = name;
	Console::WriteLine("构造函数已调用：{0}", name);
}

MyClass::~MyClass()
{
	Console::WriteLine("析构函数调用");
}

MyClass::!MyClass()
{
	Console::WriteLine("终结期调用");
}

void MyClass::DoSomething()
{
	Console::WriteLine("调用方法");
}

int main(array<System::String^>^ args)
{
	MyClass^ m1 = gcnew MyClass("hello");
	m1->DoSomething();
	Console::WriteLine("程序结束");
}

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修改案例

如果在调用时，显式调用delete

int main(array<System::String^>^ args)
{
	MyClass^ m1 = gcnew MyClass("hello");
	m1->DoSomething();
	delete m1;
	Console::WriteLine("程序结束");
}

image-20231229113243075

此时程序没有调用终结器，因为垃圾回收器认为析构器执行完成后，对象已经得到清理，不需要执行终结器，所以一般要在析构器中显式调用终结器。

MyClass::~MyClass()
{
	Console::WriteLine("析构函数调用");
	this->!MyClass();
}

在编写C++/cli程序时，要养成使用对象完毕后调用delete的习惯

栈语义

标准C++中，可以在栈上直接创建对象

MyClass m("dd");
m.DoSomething();

这样在离开作用域后会自动销毁，因为是在栈上定义的对象，所以说对象具有栈的语义

C++/CLI支持相同的方式，不过，实际上并不是在栈上声明，只是为了兼容C++的写法，目前大多数类型对象都支持栈语义，除了字符串和数组，这些对象必须使用gcnew来获得。

拷贝构造器

标准C++的内存管理严重依赖拷贝构造器，如果没有定义则默认提供一个拷贝构造器，但是C++/CLI有了GC，并不会默认提供一个拷贝构造函数，而是需要自己写。

MyClass^ a = gcnew MyClass();
MyClass^ b =a;

如何像上面这样写，则b和a其实指向的是同一个对象，拷贝的只是句柄而不是拷贝指向的对象。如果要完全拷贝，则要提供拷贝构造器。

ref class MyClass
{
public:
	MyClass(const MyClass% other);

private:
	String^ name;
	int value;
};

MyClass::MyClass(const MyClass% other)
{
	value = other.value;
	name = other.name;
}

%指定了一个跟踪引用，句柄间接引用对象，使用->操作符访问成员，而跟踪引用只是变量的别名，是变量的另一个名字。类似于标准C++中的引用，只不过为了应对GC操作，C++/CLI的引用为%。

int i =5;
int %j = i;

拷贝构造函数一般使用const来修饰参数，这样做的好处主要有2个：

  1. 引用不产生新的变量，减少形参与实参传递时的开销
  2. 由于引用可能导致实参随形参改变而改变，将其定义为常量引用可以消除这种副作用

与标准C++一样，C++/Cli也提供了*解引用符

MyClass^ m = gcnew MyClass();
//rm其实和和m其实是指向了同一个对象
MyClass% rm = *m;
// mm是具有语义栈的对象，其实是调用了拷贝构造器
MyClass mm=*m；
案例
ref class MyClass
{
public:
	MyClass(const MyClass% other);
	MyClass(int v);
	int GetValue();
	Void SetValue(int v);

private:
	int value;
};

MyClass::MyClass(const MyClass% other)
{
	value = other.value;
}

MyClass::MyClass(int v)
{
	value = v;
}

int MyClass::GetValue()
{
	return value;
}

Void MyClass::SetValue(int v)
{
	value = v;
}

int main(array<System::String^>^ args)
{
	MyClass^ a = gcnew MyClass(1);
	MyClass^ b = a;//仅仅拷贝句柄
	b->SetValue(10);
	Console::WriteLine("a的值为{0}", a->GetValue());
	Console::WriteLine("b的值为{0}", b->GetValue());

	MyClass% rb = *a;//只是用了跟踪引用
	rb.SetValue(20);
	Console::WriteLine("a的值为{0}", a->GetValue());
	Console::WriteLine("rb的值为{0}", rb.GetValue());

	MyClass c = *a;//创建新对象，并把它作为a所指对象的拷贝
	c.SetValue(100);
	Console::WriteLine("a的值为{0}", a->GetValue());
	Console::WriteLine("c的值为{0}", c.GetValue());

	MyClass^ d = gcnew MyClass(*a);//直接调用拷贝构造器
	d->SetValue(1000);
	Console::WriteLine("a的值为{0}", a->GetValue());
	Console::WriteLine("d的值为{0}", d->GetValue());

	Console::WriteLine("程序结束");
}

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对象和栈语义关联

对象经常由其他对象构成，包含对象可以使用栈的语义来声明，也可以使用句柄来声明。在使用栈的语义来声明时，包含对象是在调用构造函数之前构造的，而析构器正好相反。那如何选择是使用栈的语义声明还是句柄来声明，要处理以下几个问题：

  1. 包含对象是否是容器对象的一部分，是否能独立存在；
  2. 包含对象是否要与其他对象共享；
  3. 包含对象是否可以与其他对象交换；
  4. 包含对象是否在容器对象销毁后可以继续存活；

如果这几个都不满足，则优先使用栈的语义声明方式。

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