C++:最强大的.NET语言之对象构造

简介

  Visual C++开发小组花了大量的时间用于听取用户的意见,在对 .NET和C++经过仔细考量之后,决定在Visual C++ 2005中重新设计对通用语言运行时库(CLR)的支持,此项重新的设计被称为”C++/CLI”,它将为使用及编写CLR类型提供更自然的语法。在本文中,主要探讨了新的语法,并将之与C#和托管C++这两个CLR平台上极其相近的语言进行比较,在文中也会适当地以图表给出其与本地C++的相似之处。

  通用语言运行时库(CLR)包括了一组规范,其是Microsoft .NET的基础,也是CLI的Microsoft版本实现。C++/CLI语言设计的目标是为了对CLI提供更自然的C++支持,而Visual C++ 2005的编译器则在CLR上实现了C++/CLI。

  当在仔细研究了Visual C++ 2005编译器和C++/CLI语言设计之后,就会发现它们传达了两条重要的讯息;首先,Visual C++把自己定位于在CLR平台上的最低级编程语言,(看起来似乎没有必要使用其他语言了–包括MSIL);其次,.NET编程应与本地C++编程一样自然。

  本文针对C++程序员,但并不想说服你放弃C#或者Visual Basic .NET。如果你非常喜欢C++,并想继续使用传统C++提供的全部功能,而又想要C#般的编程效率,那本文正适合你。另外,本文并不是CLR或 .NET Framework的简介,而把重点放在Visual C++ 2005是怎样使你可以编写 .NET Framework上更优雅和高效的代码。

  对象构造

  CLR定义了两种类型:值类型和引用类型。值类型被设计用于可进行高效地分配和访问,它们与C++的内置类型大体相似,你也能创建属于你自己的类型,这就是Bjarne Stroustrup所称的具体类型;另一方面,引用类型被设计用于提供面向对象编程所需的特性,可用于创建有着层次结构的类:例如派生类和虚拟函数。另外在CLR中,引用类型自始至终都提供了额外的运行时特性,如自动内存管理–通常称为垃圾回收。同时,对引用类型和值类型,CLR也提供了精确的运行时类信息,这种特性通常被称为反射。

  值类型分配在堆栈上;而引用类型通常分配在托管堆中–这是由CLR垃圾回收机制所管理的堆。如果你在C++中编写汇编代码,如平时那样,可在CRT堆中分配本地C++类型,在将来,Visual C++开发小组甚至允许你在托管堆中分配本地C++类型,毕竟,垃圾回收对本地类型来说,也是一个极具吸引力的主题。

  本地C++允许选择在何处创建一个特定的对象,任何类型都可分配在堆栈或CRT堆中。





// 分配在堆栈上
std::wstring stackObject;

// 分配在CRT堆中
std::wstring* heapObject = new std::wstring;

  如上所示,在何处分配对象是独立于类型的,主动权完全掌握在程序员的手中。另外,堆栈与堆的分配语法也是易于区别的。

  另一方面,C#通常是在堆栈上创建值类型,而在托管堆中创建引用类型。下例中使用的System.DateTime类型,被声明为值类型。





// 分配在堆栈上
System.DateTime stackObject = new System.DateTime(2003, 1, 18);

// 分配在托管堆中
System.IO.MemoryStream heapObject = new System.IO.MemoryStream();

  如上例所示,声明对象的方式并没有指出对象分配在堆栈上或托管堆中,其完全取决于程序编写者和运行时库。

  C++的托管扩展–简称为托管C++,可在本地C++代码中混合托管代码。为了遵循C++标准,C++被加入了扩展,以提供对CLR的全面支持。不幸的是,正是因为有太多的扩展,所以如果要用C++来编写大量的托管代码,就成了一件异常痛苦的事。





//分配在堆栈上
DateTime stackObject(2003, 1, 18);

//分配在托管堆中
IO::MemoryStream __gc* heapObject = __gc new IO::MemoryStream;

  在C++程序员看来,在堆栈上分配一个值类型看起来非常正常,而在托管堆中的分配方式,看起来就有点怪:__gc是托管C++扩展中的一个关键字,有意思的是,在某些情况下,托管C++能推断你的意思,所以上述例子可重写为不带__gc关键字。

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//分配在托管堆中
IO::MemoryStream* heapObject = new IO::MemoryStream;

  这样看起来更像本地C++代码了–但heapObject并不是一个真正的C++指针。C++程序员通常倾向于在指针中保存一个不变的数值,但垃圾回收器会在任何时候,在内存中移动对象。另一个不足之处是,不能仅仅依靠查看代码,就能确定对象是分配在本地还是托管堆中,必须知道程序编写者是怎样定义一个类型的。

  C++/CLI为此引入了句柄的概念,以便把CLR对象引用与C++指针区别开来。少了C++指针含义的重载,语言中也少了很多歧义,另外,通过句柄,对CLR也能提供更加自然的支持,例如,你能在C++中,直接对引用类型使用操作符重载,因为此时句柄已经能支持操作符重载了。由于C++禁止指针操作符重载,如果没有”托管”指针,这几乎不可能实现。





//分配在堆栈上
DateTime stackObject(2003, 1, 18);

//分配在托管堆中
IO::MemoryStream^ heapObject = gcnew IO::MemoryStream;

  相对于值类型声明来说,和以前没什么不同,但对引用类型声明来说,变化却很明显,操作符 ^ 把变量声明为对一个CLR引用类型的句柄。当垃圾回收器在内存中移动被引用的对象时,同时也会自动更新句柄的值。另外,它们是可重绑定的,这允许它们可像C++指针那样指向不同的对象。另外需注意的一件事是,操作符gcnew已经代替了操作符new,清楚地指明了对象被分配在托管堆中。对托管类型,操作符new已经不能被重载(此处并非语带双关),只能把对象分配在CRT堆中,除非你提供自己重写的new操作符。

  简而言之:本地C++指针已经与CLR对象引用大不相同了。