C++ 對象計數 實例計數

　　本文目的是實現一個實用的對C++類計數的類，同時在實現過程中指出一些容易為人忽視的C++知識。 
　　要實現一個類的對象（實例）計數，即程序運行中此類有多少個對象存在，最容易的實現方法是使用靜態數據成員。如下： 

class Widget {
public:
    Widget() { ++count; }
    Widget(const Widget&) { ++count; }
    ~Widget() { --count; }

    static size_t howMany()
    { return count; }

private:
    static size_t count;
};      

//cpp文件中
size_t Widget::count = 0;
      
注意構造函數也要增加計數，這一點很多人容易忘記。 
　　但是如果程序中有多個需要實例計數的類，則在每個類中加入上面代碼未免繁瑣、易錯。這種情況下，最好是實現一個通用計數類。它應該具備一下特點： 
易于使用：任何需要計數的類（以下簡稱客戶類）只要添加少數代碼即可使用； 
有效率：不增加客戶類大小，對客戶類性能沒有影響； 
健壯：客戶類使用時，不容易誤用。 
下面我們將逐步實現并完善這個通用的計數類。 

class Counter {  
public:          
    Counter() { ++count; }
    Counter(const Counter&) { ++count; }
    ~Counter() { --count; }
    static size_t howMany()
        { return count; }

private:
    static size_t count;
};

// This still goes in an implementation file
size_t Counter::count = 0;      
上面這個Counter類能否正確完成計數呢？例如：Widget類利用它來進行實例計數： 
// embed a Counter to count objects
class Widget {
public:
    .....  // all the usual public
           // Widget stuff
    static size_t howMany()
    { return Counter::howMany(); }
private:
    .....  // all the usual private
           // Widget stuff
    Counter c;
};     

//or:

// inherit from Counter to count objects
class Widget: public Counter {
    .....  // all the usual public
           // Widget stuff
private:
    .....  // all the usual private
           // Widget stuff
};            
　　對于Widget本身來說，Counter完成了任務。然而，如果我們在同一進程中還需要利用Counter來計數Fish類，顯然，Counter就不能勝任，因為它只有一個靜態成員變量，它會將Widget和Fish的個數一起統計。這個方案不行，怎么辦？用模板！如下：
template<typename T>
class Counter {
public:
    Counter() { ++count; }
    Counter(const Counter&) { ++count; }
    ~Counter() { --count; }

    static size_t howMany()
    { return count; }

private:
    static size_t count;
};

// this now can go in header
template<typename T> size_t Counter<T>::count = 0;            
則上面的實現變成： 
// embed a Counter to count objects
class Widget {
public:
    .....
    static size_t howMany()
    {return Counter<Widget>::howMany();}
private:
    .....
    Counter<Widget> c;
};

//or:

// inherit from Counter to count objects
class Widget: public Counter<Widget> {    
    .....
};      
　　這樣，其他類就可以使用Counter計數自己的實例了，它們將互不影響。 
　　上面兩種方案都可正確實現計數，我們繼續探討這兩種方案的優缺點。 
　　首先講public繼承，即class Widget: public Counter<Widget>這種方案：有經驗的讀者肯定會想到基類Counter的析構函數要變為虛函數。否則通過基類指針delete派生類時，結果未定義（可能導致程序crash或其他） 
Counter<Widget> *pw =  new Widget;  // get base class ptr to derived class object    
......
delete pw; // yields undefined results if the base class lacks a virtual destructor                  
　　但一旦Counter有虛析構函數，就會給類帶入vTable，多占用了空間并影響客戶類的效率。解決方法可以是將析構函數作為protected成員。這樣就不能delete pw，因為它會導致編譯錯誤。 
template<typename T>
class Counter {
public:
    .....
protected:
    ~Counter() { --count; }
    .....
};   
　　其次，Counter作為客戶類的成員變量這種方案（這時Counter的析構函數必須public）。一個明顯的缺點是客戶類必須定義Counter為其成員變量同時還得定義一個inline函數以調用Counter類得HowMany函數。另一個較隱蔽的缺點：它增大了客戶類所占用的內存。Counter類沒有非靜態成員變量，有人就可能會認為Counter對象的大小為0，其實不然，C++規定所有對象的大小最小必須為1字節。所以這用方案增加了客戶類的大小。使用派生則不一樣，基類size可以0，所以public繼承方案不會增加客戶類的大小。 
　　除了上面兩種方案，還可以使用private繼承，即class Widget: private Counter<Widget>。類似于第一種方案： 
class Widget: private Counter<Widget> {
public:
    // make howMany public
    using Counter<Widget>::howMany; 

    ..... // rest of Widget is unchanged
};            
它直接防止下面的代碼： 
Counter<Widget> *pw =  new Widget;  //私有繼承不允許這樣轉換            
　　綜合看來，public繼承方案已經比較完善了。然而，還是有些值得注意的地方。假如有另一個類SpecialWidget，其繼承于Widget，對類SpecialWidget的對象計數就只能如下： 
class SpecialWidget: public Widget,
    public Counter<SpecialWidget> {
public:    
};            
　　這樣，對SpecialWidget的對象計數是正確的，但對Widget對象的計數是錯誤的。這時Widget的計數是Widget類的所有對象SpecialWidget類的所有對象的總和。為什么？因為每創建一個SpecialWidget對象，Widget構造函數就要調用一次，就增加一次計數。 

總結 
　　用模板實現的這個對象計數類可以滿足絕大多數需求，但不適用于計數有繼承關系的類。本文的核心思想來源于CUG上C++大師Scott Meyers的一篇文章并有所改動。