windows C++-windows C++/CX简介(三)

 ^类型

 (^) 是 C++/CX 最突出的功能之一——当人们第一次看到 C++/CX 代码时，很难不注意到它。那么，^ 类型到底是什么？这是类型是一种智能指针类型，它自动管理 Windows 运行时对象的生命周期，也 提供自动类型转换功能以简化 Windows 运行时对象的使用。

我们将首先讨论如何通过 WRL 使用 Windows 运行时对象，然后解释 C++/CX 帽子如何工作以使事情变得更简单。

    public interface struct IGetValue{int GetValue() = 0;};public interface struct ISetValue{void SetValue(int value) = 0;};public ref class Number sealed : public IGetValue, ISetValue{public:Number() : _value(0) { }virtual int  GetValue()          { return _value;  }virtual void SetValue(int value) { _value = value; }private:int _value;};

在这个修改后的 Number 实现中，我们定义了一对接口，IGetValue 和 ISetValue，它们声明了 Number 的两个成员函数；然后 Number 实现了这两个接口。除此之外，一切看起来应该非常熟悉。

请注意，Number 实际上实现了三个 Windows 运行时接口：除了 IGetValue 和 ISetValue 之外，编译器仍会生成 Number 实现的 __INumberPublicNonVirtuals 接口。由于 Number 的所有成员都是由显式实现的接口（IGetValue 和 ISetValue）声明的，因此编译器生成的 __INumberPublicNonVirtuals 不会声明任何成员。但是，此接口仍然是必需的，因为它是 Number 类型的默认接口。每个运行时类型都必须有一个默认接口，并且默认接口几乎始终对类是唯一的。稍后我们将看到默认接口为何如此重要。

生命周期管理

Windows 运行时引用类型使用引用计数进行对象生命周期管理。所有 Windows 运行时接口（包括 Number 实现的所有三个接口）都直接派生自 IInspectable 接口，而该接口本身又派生自 COM IUnknown 接口。IUnknown 声明了三个成员函数，用于控制对象的生命周期并允许类型转换。

MSDN对 IUnknown 生命周期管理的工作原理进行了全面概述。但原理非常简单：每当您创建对对象的新引用时，都必须调用 IUnknown::AddRef 来增加其引用计数；每当您“销毁”对对象的引用时，都必须调用 IUnknown::Release 来减少引用计数。引用计数初始化为零，在对 AddRef 和 Release 进行一系列调用后，当引用计数再次达到零时，对象将自行销毁。

当然，在使用 C++ 编程时，我们很少（实际上从不）直接调用 AddRef 和 Release。相反，我们应该尽可能地使用智能指针，在需要时自动进行这些调用。使用智能指针有助于确保对象不会因错过 Release 而泄漏，也不会因过早 Release 或 AddRef 失败而过早销毁。

ATL 包括 CComPtr 和一系列相关的智能指针，它们长期以来一直用于 COM 编程，用于自动管理实现 IUnknown 的对象的引用计数。WRL 包括 ComPtr，它是一种改进和现代化的 CComPtr（改进示例：ComPtr 不会像 CComPtr 那样重载一元 &）。

对于那些没有做过太多 COM 编程并且不熟悉 ComPtrs 的人：如果您使用过 shared_ptr（包含在 C++11、C++ TR1 和 Boost 中），ComPtr 在生命周期管理方面实际上具有相同的行为。机制不同（ComPtr 使用 IUnknown 提供的内部引用计数，而 shared_ptr 支持任意类型，因此必须使用外部引用计数），但生命周期管理行为相同。

C++/CX hat 具有与 ComPtr 完全相同的生命周期管理语义。复制 T^ 时，会调用 AddRef 来增加引用计数，而当 T^ 超出范围或被重新分配时，会调用 Release 来减少引用计数。我们可以考虑一个简单的示例来演示引用计数行为：

    {T^ t0 = ref new A();T^ t1 = ref new B();t0 = t1;t0 = nullptr;}

 首先，我们创建一个 A 对象并将其所有权赋予 t0。此 A 对象的引用计数为 1，因为有一个 T^ 引用了它。然后，我们创建一个 B 对象并将其所有权赋予 t1。此 B 对象的引用计数也是 1。

t0 = t1 的最终结果是 t0 和 t1 都指向同一个对象。这必须分三步完成。首先，调用 t1->AddRef() 来增加 B 对象的引用计数，因为 t1 正在获得该对象的所有权。其次，调用 t0->Release() 来释放 t0 对 A 对象的所有权。这会导致 A 对象的引用计数降至零，并且 A 对象会自行销毁。这会导致 B 对象的引用计数增加到 2。第三，也是最后，将 t1 设置为指向 B 对象。

然后，我们分配 t0 = nullptr。这会将 t0 “重置”为空，从而导致其释放对 B 对象的所有权。这会调用 t0->Release()，导致 B 对象的引用计数减少到 1。

最后，执行将到达块的结束括号：}。此时，所有局部变量都以相反的顺序被销毁。首先，t1 被销毁（智能指针，而不是指向的对象）。这会调用 t1->Release()，导致 B 对象的引用计数降至零，因此 B 对象会自行销毁。然后销毁 t0，这是一个无操作，因为它为空。

如果我们只关心生命周期管理，那么实际上根本不需要 ^：ComPtr<T> 足以管理对象生命周期。

类型转换

在 C++ 中，涉及类类型的某些类型转换是隐式的；其他类型转换可以使用强制转换或一系列强制转换来执行。例如，如果 Number 及其实现的接口是普通的 C++ 类型而不是 Windows 运行时类型，则从 Number* 到 IGetValue* 的转换将是隐式的，我们可以使用 static_cast 或 dynamic_cast 从 IGetValue* 转换为 Number*。

这些转换不适用于 Windows 运行时引用类型，因为引用类型的实现是不透明的，并且引用类型在内存中的布局未指定。在 C# 中实现的引用类型在内存中的布局可能与在 C++ 中实现的等效引用类型不同。因此，在直接使用 Windows 运行时类型时，我们不能依赖 C++ 语言特定的功能，例如隐式派生到基转换和强制转换。

要执行这些转换，我们必须改用 IUnknown 接口的第三个成员函数：IUnknown::QueryInterface。此成员函数可视为与语言无关的 dynamic_cast：它尝试执行到指定接口的转换并返回转换是否成功。由于每个运行时类型都实现 IUnknown 接口并为 QueryInterface 提供自己的定义，因此它可以执行任何必要的操作，以在实现它的语言和框架中获取正确的接口指针。