C++深入探究二階構(gòu)造模式的原理與使用

更新時間：2022年04月23日 09:32:01 作者：清風自在流水潺潺

C++中經(jīng)常會因為調(diào)用系統(tǒng)資源失敗導致出現(xiàn)BUG，所以在類調(diào)用構(gòu)造函數(shù)需要分配系統(tǒng)資源時會出現(xiàn)BUG，從而導致類對象雖然被創(chuàng)建，但是只是個半成品，為了避免這種情況需要使用二階構(gòu)造模式

一、構(gòu)造函數(shù)的回顧

關(guān)于構(gòu)造函數(shù)

類的構(gòu)造函數(shù)用于對象的初始化
構(gòu)造函數(shù)與類同名并且沒有返回值
構(gòu)造函數(shù)在對象定義時自動被調(diào)用

問題

如何判斷構(gòu)造函數(shù)的執(zhí)行結(jié)果?
在構(gòu)造函數(shù)中執(zhí)行 return 語句會發(fā)生什么？
構(gòu)造函數(shù)執(zhí)行結(jié)束是否意味著對象構(gòu)造成功？

下面看一個異常的構(gòu)造函數(shù)：

#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;
}

運行結(jié)果如下，可以看到，沒有輸出，遇到 return 構(gòu)造函數(shù)就結(jié)束了：

構(gòu)造函數(shù)

只提供自動初始化成員變量的機會
不能保證初始化邏輯一定成功
執(zhí)行 return 語句后構(gòu)造函數(shù)立即結(jié)束

結(jié)論：構(gòu)造函數(shù)能決定的只是對象的初始狀態(tài)，而不是對象的誕生??！

二、半成品對象

半成品對象的概念

初始化操作不能按照預期完成而得到的對象
半成品對象是合法的 C++ 對象，也是 Bug 的重要來源

下面來看一個半成品對象的危害：

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; //假設 m_pointer 為空指針，用來模擬申請內(nèi)存失敗的情況）

#include "IntArray.h"
IntArray::IntArray(int len)
{
    m_pointer = 0;  //假設 m_pointer 為空指針，用來模擬申請內(nèi)存失敗的情況    
    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;
}

輸出結(jié)果如下：

產(chǎn)生段錯誤是因為前面令m_pointer = 0; 模擬內(nèi)存申請不成功。但是在實際工程中，不是每次申請內(nèi)存都不成功，所以很難重現(xiàn)，堪稱最難調(diào)試的 bug。

三、二階構(gòu)造

工程開發(fā)中的構(gòu)造過程可分為

資源無關(guān)的初始化操作
不可能出現(xiàn)異常情況的操作

需要使用系統(tǒng)資源的操作

可能出現(xiàn)異常情況，如：內(nèi)存申請，訪問文件

二階構(gòu)造示例一

二階構(gòu)造示例二

下面初探一下二階構(gòu)造函數(shù)：

#include <stdio.h>
class TwoPhaseCons 
{
private:
    TwoPhaseCons() // 第一階段構(gòu)造函數(shù)
    {   
    }
    bool construct() // 第二階段構(gòu)造函數(shù)
    { 
        return true; 
    }
public:
    static TwoPhaseCons* NewInstance(); // 對象創(chuàng)建函數(shù)
};
TwoPhaseCons* TwoPhaseCons::NewInstance() 
{
    TwoPhaseCons* ret = new TwoPhaseCons();
    // 若第二階段構(gòu)造失敗，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;
}

運行結(jié)果如下，指針的值被打印出來，意味著可以得到一個合法可用的對象，這個對象位于堆空間上：

如果我們就不想用二階構(gòu)造，自己申請堆空間，如下：

TwoPhaseCons* obj = new NewInstance();

就會報錯，因為構(gòu)造函數(shù)是私有的：

如果第二階段的構(gòu)造不成功：

    bool construct() // 第二階段構(gòu)造函數(shù)
    { 
        return false; 
    }

輸出結(jié)果如下，打印結(jié)果為空：

所以二階構(gòu)造的意義就是要么得到一個合法可用的對象，要么返回空。二階構(gòu)造用于杜絕半成品對象。

所以前面寫的可能產(chǎn)生半成品對象的代碼可以寫成：

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;
}

輸出結(jié)果如下：