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淺談C++應(yīng)用程序中創(chuàng)建持久化對(duì)象

持久化的對(duì)象，是已經(jīng)存儲(chǔ)到數(shù)據(jù)庫(kù)或保存到本地硬盤(pán)中的對(duì)象，我們稱(chēng)之為持久化對(duì)象。下面介紹C++中的持久化對(duì)象。

讓客戶(hù)滿(mǎn)意是我們工作的目標(biāo)，不斷超越客戶(hù)的期望值來(lái)自于我們對(duì)這個(gè)行業(yè)的熱愛(ài)。我們立志把好的技術(shù)通過(guò)有效、簡(jiǎn)單的方式提供給客戶(hù)，將通過(guò)不懈努力成為客戶(hù)在信息化領(lǐng)域值得信任、有價(jià)值的長(zhǎng)期合作伙伴，公司提供的服務(wù)項(xiàng)目有：主機(jī)域名、網(wǎng)絡(luò)空間、營(yíng)銷(xiāo)軟件、網(wǎng)站建設(shè)、六枝網(wǎng)站維護(hù)、網(wǎng)站推廣。

持久對(duì)象（persistent objects）廣泛應(yīng)用于游戲、分布式數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)、多媒體以及圖形應(yīng)用程序中。目前C++并不直接支持持久性（persistence）（但有一些在C++未來(lái)版本中添加持久性和反射（reflection）的建議）。

持久對(duì)象可以在創(chuàng)建它的程序的作用域之外保持自身狀態(tài)。把對(duì)象寫(xiě)入一個(gè)文件并在以后重建之，或者把對(duì)象傳送到一臺(tái)遠(yuǎn)程機(jī)器，就是這樣的例子。對(duì)持久性的支持并不象***眼看上去那樣簡(jiǎn)單，同一對(duì)象的大小和內(nèi)存布局在不同的平臺(tái)上可能并不相同，而不同的字節(jié)次序（byte ordering），或稱(chēng)為endian-ness，使事情更加復(fù)雜化。

在下文中我將討論如何實(shí)現(xiàn)持久性，而無(wú)須求助于DCOM和 CORBA之類(lèi)的第三方框架。對(duì)于小型和可移植的應(yīng)用程序而言，這是一種有效并令人滿(mǎn)意的方案。

序列化（serialization）基礎(chǔ)

為了使一個(gè)對(duì)象持久存在，必須把它的狀態(tài)保存在非易失的存儲(chǔ)設(shè)備中?？紤]一個(gè)錄制和播放MP3文件的應(yīng)用程序，每首單曲都表示為一個(gè)包含標(biāo)題、唱片、歌手、時(shí)間、速率、錄制日期以及相應(yīng)的 MP3文件的對(duì)象，該應(yīng)用程序在跟蹤列表中顯示最近播放的曲目。你的目標(biāo)是通過(guò)序列化，也就是把對(duì)象寫(xiě)入一個(gè)文件，使MP3對(duì)象成為持久對(duì)象，同時(shí)通過(guò)反序列化（deserialization）在下一個(gè) session中重建這些對(duì)象。

序列化內(nèi)置數(shù)據(jù)類(lèi)型

每個(gè)對(duì)象最終都由內(nèi)置數(shù)據(jù)成員組成，如int, bool, char[]等等。你的***個(gè)任務(wù)是把這樣的類(lèi)型寫(xiě)入一個(gè)輸出文件流（ofstream）中。應(yīng)用程序必須這些值存儲(chǔ)為相應(yīng)的二進(jìn)制形式，基于這個(gè)目的，應(yīng)使用write() 和read() 成員函數(shù)。write() 以某個(gè)變量的地址和大小為參數(shù)，把該變量的位模式寫(xiě)入一個(gè)文件流中。read() 的兩個(gè)參數(shù)為char*和long類(lèi)型，分別指示內(nèi)存緩沖區(qū)的地址和字節(jié)大小。下面的例子演示如何在ofstream中保存兩個(gè)整數(shù)：

 
 
    
  
  
  1. #include ＜fstream＞  
    2. 
  
  
  2. using namespace std;  
    3. 
  
  
  3. int main()  
    4. 
  
  
  4. {  
    5. 
  
  
  5. 　int x,y; // mouse coordinates  
    6. 
  
  
  6. 　// ..assign values to x and y  
    7. 
  
  
  7. 　ofstream archive("coord.dat", ios::binary);  
    8. 
  
  
  8. 　archive.write(reinterpret_cast＜char *＞(&x), sizeof (x));  
    9. 
  
  
  9. 　archive.write(reinterpret_cast＜char *＞(&x), sizeof (x));  
    10. 
  
  
  10. 　archive.close();  
    11. 
  
  
  11. } 
    12.

使用reinterpret_cast＜＞是必要的，因?yàn)閣rite()的***個(gè)參數(shù)類(lèi)型為const char*，但&x和&y是int*類(lèi)型。

以下代碼讀取剛才存儲(chǔ)的值：

 
 
    
  
  
  1. #include ＜fstream＞  
    2. 
  
  
  2. using namespace std;  
    3. 
  
  
  3. int main()  
    4. 
  
  
  4. {  
    5. 
  
  
  5. 　int x,y;  
    6. 
  
  
  6. 　ifstream archive("coord.dat");  
    7. 
  
  
  7. 　archive.read((reinterpret_cast＜char *＞(&x), sizeof(x));  
    8. 
  
  
  8. 　archive.read((reinterpret_cast＜char *＞(&y), sizeof(y));  
    9. 
  
  
  9. }  
    10.

序列化對(duì)象

要序列化一個(gè)完整的對(duì)象，應(yīng)把每個(gè)數(shù)據(jù)成員寫(xiě)入文件中：

 
 
    
  
  
  1. class MP3_clip  
    2. 
  
  
  2. {  
    3. 
  
  
  3. 　private:  
    4. 
  
  
  4. 　std::time_t date;  
    5. 
  
  
  5. 　std::string name;  
    6. 
  
  
  6. 　int bitrate;  
    7. 
  
  
  7. 　bool stereo;  
    8. 
  
  
  8. 　public:  
    9. 
  
  
  9. void serialize();  
    10. 
  
  
  10. void deserialize();  
    11. 
  
  
  11. //..  
    12. 
  
  
  12. };  
    13. 
  
  
  13. void MP3_clip::serialize()  
    14. 
  
  
  14. {  
    15. 
  
  
  15. 　int size=name.size();// store name's length  
    16. 
  
  
  16. 　//empty file if it already exists before writing new data  
    17. 
  
  
  17. 　ofstream arc("mp3.dat", ios::binary|ios::trunc);  
    18. 
  
  
  18. 　arc.write(reinterpret_cast＜char *＞(&date),sizeof(date));  
    19. 
  
  
  19. 　arc.write(reinterpret_cast＜char *＞(&size),sizeof(size));  
    20. 
  
  
  20. 　arc.write(name.c_str(), size+1); // write final '\0' too  
    21. 
  
  
  21. 　arc.write(reinterpret_cast＜char *＞(&bitrate),  
    22. 
  
  
  22. 　sizeof(bitrate));  
    23. 
  
  
  23. 　arc.write(reinterpret_cast＜char *＞(&stereo),  
    24. 
  
  
  24. 　sizeof(stereo));  
    25. 
  
  
  25. } 
    26.

實(shí)現(xiàn)deserialize() 需要一些技巧，因?yàn)槟阈枰獮樽址峙湟粋€(gè)臨時(shí)緩沖區(qū)。做法如下：

 
 
    
  
  
  1. void MP3_clip::deserialize()  
    2. 
  
  
  2. {  
    3. 
  
  
  3. 　ifstream arce("mp3.dat");  
    4. 
  
  
  4. 　int len=0;  
    5. 
  
  
  5. 　char *p=0;  
    6. 
  
  
  6. 　arc.read(reinterpret_cast＜char *＞(&date), sizeof(date));  
    7. 
  
  
  7. 　arc.read(reinterpret_cast＜char *＞(&len), sizeof(len));  
    8. 
  
  
  8. 　p=new char [len+1]; // allocate temp buffer for name  
    9. 
  
  
  9. 　arc.read(p, len+1); // copy name to temp, including '\0'  
    10. 
  
  
  10. 　name=p; // copy temp to data member  
    11. 
  
  
  11. 　delete[] p;  
    12. 
  
  
  12. 　arc.read(reinterpret_cast＜char *＞(&bitrate),  
    13. 
  
  
  13. 　sizeof(bitrate));  
    14. 
  
  
  14. 　arc.read(reinterpret_cast＜char *＞(&stereo),  
    15. 
  
  
  15. 　sizeof(stereo));  
    16. 
  
  
  16. } 
    17.

性能優(yōu)化

你可能會(huì)感到迷惑，為什么不把整個(gè)對(duì)象一次性轉(zhuǎn)儲(chǔ)到文件中，而必須對(duì)每個(gè)數(shù)據(jù)成員進(jìn)行序列化呢？換句話(huà)說(shuō)，難道不能用下面的方式實(shí)現(xiàn)serialize() 嗎？

 
 
    
  
  
  1. void MP3_clip::serialize()  
    2. 
  
  
  2. {  
    3. 
  
  
  3. 　ofstream arc("mp3.dat", ios::binary|ios::trunc);  
    4. 
  
  
  4. 　arc.write(reinterpret_cast＜char *＞(this),sizeof(*this));  
    5. 
  
  
  5. } 
    6.

不行，不能這樣做。這種方式至少存在兩個(gè)問(wèn)題。通常，當(dāng)被序列化的對(duì)象還包含其它一些對(duì)象時(shí)，你不能簡(jiǎn)單地把該對(duì)象轉(zhuǎn)儲(chǔ)到一個(gè)文件中并指望以后從中重建一個(gè)有效的對(duì)象。在我們的例子中，外層對(duì)象包含一個(gè)std::string成員，一個(gè)淺拷貝（shallow copy）操作會(huì)把std::string成員歸檔，但其值是時(shí)變的，意思是說(shuō)每次運(yùn)行程序時(shí)都可能改變。

更糟的是，由于std::string事實(shí)上并不包含一個(gè)字符數(shù)組，而是一個(gè)指針，使用淺拷貝試圖重建原始字符串是不可能的。為克服這個(gè)問(wèn)題，程序沒(méi)有序列化string對(duì)象，而是歸檔其含有的字符和長(zhǎng)度。一般來(lái)說(shuō)，指針，數(shù)組和句柄應(yīng)以相同的方式進(jìn)行處理。

另一個(gè)問(wèn)題設(shè)計(jì)到多態(tài)對(duì)象。每個(gè)多態(tài)對(duì)象都含有一個(gè)vtpr，即一個(gè)指向虛擬函數(shù)地址分配表的隱藏指針。vtpr的值是時(shí)變的，如果你把整個(gè)多態(tài)對(duì)象轉(zhuǎn)儲(chǔ)到一個(gè)文件中，然后強(qiáng)行把歸檔后的數(shù)據(jù)添加到一個(gè)新的對(duì)象上，則其vptr可能無(wú)效并導(dǎo)致未定義的行為。再次提醒，解決方案是只對(duì)非時(shí)變的數(shù)據(jù)成員進(jìn)行序列化和反序列化。另一種方法是計(jì)算vptr的確切偏移量，在從文件重建對(duì)象時(shí)不要?jiǎng)铀?。記住，vptr的位置是與實(shí)現(xiàn)相關(guān)的，因此這樣的代碼是不可移植的。

小結(jié)

雖然C++不直接支持對(duì)象持久性，但手工實(shí)現(xiàn)它并不難，只要你遵從一些基本的準(zhǔn)則：首先把每個(gè)復(fù)合對(duì)象分解為原始數(shù)據(jù)類(lèi)型，然后對(duì)這些原始數(shù)據(jù)類(lèi)型進(jìn)行序列化。當(dāng)序列化數(shù)據(jù)時(shí)，記住要跳過(guò)時(shí)變的值。在反序列化過(guò)程中，讀取剛才存儲(chǔ)的值。處理string對(duì)象、數(shù)組和句柄需要一些技巧：總是要對(duì)它們解引用，存儲(chǔ)它們所指向的值。記住在一個(gè)單獨(dú)的字段中存儲(chǔ)string或數(shù)組的大小。

希望通過(guò)以上內(nèi)容的介紹，能夠給你帶來(lái)幫助。


本文題目：淺談C++應(yīng)用程序中創(chuàng)建持久化對(duì)象
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