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淺談C++應(yīng)用程序中創(chuàng)建持久化對象

開發(fā) 后端
本文介紹的是在C++應(yīng)用程序中,怎么創(chuàng)建持久化對象,希望對你有幫助,一起來看。

持久化的對象,是已經(jīng)存儲(chǔ)到數(shù)據(jù)庫或保存到本地硬盤中的對象,我們稱之為持久化對象。下面介紹C++中的持久化對象。

持久對象(persistent objects)廣泛應(yīng)用于游戲、分布式數(shù)據(jù)庫系統(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++未來版本中添加持久性和反射(reflection)的建議)。

持久對象可以在創(chuàng)建它的程序的作用域之外保持自身狀態(tài)。把對象寫入一個(gè)文件并在以后重建之,或者把對象傳送到一臺(tái)遠(yuǎn)程機(jī)器,就是這樣的例子。對持久性的支持并不象***眼看上去那樣簡單,同一對象的大小和內(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,而無須求助于DCOM和 CORBA之類的第三方框架。對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意的方案。

序列化(serialization)基礎(chǔ)

為了使一個(gè)對象持久存在,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)是通過序列化,也就是把對象寫入一個(gè)文件,使MP3對象成為持久對象,同時(shí)通過反序列化(deserialization)在下一個(gè) session中重建這些對象。

序列化內(nèi)置數(shù)據(jù)類型

每個(gè)對象最終都由內(nèi)置數(shù)據(jù)成員組成,如int, bool, char[]等等。你的***個(gè)任務(wù)是把這樣的類型寫入一個(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入一個(gè)文件流中。read() 的兩個(gè)參數(shù)為char*和long類型,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. using namespace std;  
  3. int main()  
  4. {  
  5.  int x,y; // mouse coordinates  
  6.  // ..assign values to x and y  
  7.  ofstream archive("coord.dat", ios::binary);  
  8.  archive.write(reinterpret_castchar *>(&x), sizeof (x));  
  9.  archive.write(reinterpret_castchar *>(&x), sizeof (x));  
  10.  archive.close();  

 

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

以下代碼讀取剛才存儲(chǔ)的值:

 

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

序列化對象

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

 

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

 

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

 

性能優(yōu)化

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

 

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

 

不行,不能這樣做。這種方式至少存在兩個(gè)問題。通常,當(dāng)被序列化的對象還包含其它一些對象時(shí),你不能簡單地把該對象轉(zhuǎn)儲(chǔ)到一個(gè)文件中并指望以后從中重建一個(gè)有效的對象。在我們的例子中,外層對象包含一個(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)問題,程序沒有序列化string對象,而是歸檔其含有的字符和長度。一般來說,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)問題設(shè)計(jì)到多態(tài)對象。每個(gè)多態(tài)對象都含有一個(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)新的對象上,則其vptr可能無效并導(dǎo)致未定義的行為。再次提醒,解決方案是只對非時(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,在從文件重建對象時(shí)不要?jiǎng)铀S涀?,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)合對象分解為原始數(shù)據(jù)類型,然后對這些原始數(shù)據(jù)類型進(jìn)行序列化。當(dāng)序列化數(shù)據(jù)時(shí),記住要跳過時(shí)變的值。在反序列化過程中,讀取剛才存儲(chǔ)的值。處理string對象、數(shù)組和句柄需要一些技巧:總是要對它們解引用,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。

希望通過以上內(nèi)容的介紹,能夠給你帶來幫助。

責(zé)任編輯:于鐵 來源: 互聯(lián)網(wǎng)
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