C++中创建持久对象的方法

持久对象（persistent objects）广泛应用于游戏、分布式数据库系统、多媒体以及图形应用程序中。目前C++并不直接支持持久性（persistence）（但有一些在 C++未来版本中添加持久性和反射（reflection）的建议）。持久对象可以在创建它的程序的作用域之外保持自身状态。把对象写入一个文件并在以后 重建之，或者把对象传送到一台远程机器，就是这样的例子。对持久性的支持并不象第一眼看上去那样简单，同一对象的大小和内存布局在不同的平台上可能并不相 同，而不同的字节次序（byte ordering），或称为endian-ness，使事情更加复杂化。在下文中我将讨论如何实现持久性，而无须求助于DCOM和 CORBA之类的第三方框架。对于小型和可移植的应用程序而言，这是一种有效并令人满意的方案。

序列化（serialization）基础

为了使一个对象持久存在，必须把它的状态保存在非易失的存储设备中。考虑一个录制和播放MP3文件的应用程序，每首单曲都表示为一个包含标题、唱片、歌 手、时间、速率、录制日期以及相应的 MP3文件的对象，该应用程序在跟踪列表中显示最近播放的曲目。你的目标是通过序列化，也就是把对象写入一个文件，使MP3对象成为持久对象，同时通过反 序列化（deserialization）在下一个 session中重建这些对象。

序列化内置数据类型

每个对象最终都由内置数据成员组成，如int， bool， char[]等等。你的第一个任务是把这样的类型写入一个输出文件流（ofstream）中。应用程序必须这些值存储为相应的二进制形式，基于这个目的， 应使用write（） 和read（） 成员函数。write（） 以某个变量的地址和大小为参数，把该变量的位模式写入一个文件流中。read（）的两个参数为char*和long类型，分别指示内存缓冲区的地址和字节 大小。下面的例子演示如何在ofstream中保存两个整数：

#include <fstream>
using namespace std;
int main()
{
int x,y; // mouse coordinates
// ..assign values to x and y
ofstream archive("coord.dat", ios::binary);
archive.write(reinterpret_cast<char *>(&x), sizeof (x));
archive.write(reinterpret_cast<char *>(&x), sizeof (x));
archive.close();
}

使用reinterpret_cast<>是必要的，因为write（）的第一个参数类型为const char*，但&x和&y是int*类型。

以下代码读取刚才存储的值：

#include <fstream>
using namespace std;

vint main()
{
int x,y;
ifstream archive("coord.dat");
archive.read((reinterpret_cast<char *>(&x), sizeof(x));
archive.read((reinterpret_cast<char *>(&y), sizeof(y));
}

序列化对象

要序列化一个完整的对象，应把每个数据成员写入文件中：

class MP3_clip
{
private:
std::time_t date;
std::string name;
int bitrate;
bool stereo;
public:
void serialize();
void deserialize();
//..
};

void MP3_clip::serialize()
{
int size=name.size();// store name's length
//empty file if it already exists before writing new data
ofstream arc("mp3.dat", ios::binary|ios::trunc);
arc.write(reinterpret_cast<char *>(&date),sizeof(date));
arc.write(reinterpret_cast<char *>(&size),sizeof(size));
arc.write(name.c_str(), size+1); // write final '/0' too
arc.write(reinterpret_cast<char *>(&bitrate),
sizeof(bitrate));
arc.write(reinterpret_cast<char *>(&stereo),
sizeof(stereo));
}

实现deserialize（） 需要一些技巧，因为你需要为字符串分配一个临时缓冲区。做法如下：
void MP3_clip::deserialize()
{
ifstream arce("mp3.dat");
int len=0;
char *p=0;
arc.read(reinterpret_cast<char *>(&date), sizeof(date));
arc.read(reinterpret_cast<char *>(&len), sizeof(len));
p=new char [len+1]; // allocate temp buffer for name
arc.read(p, len+1); // copy name to temp, including '/0'
name=p; // copy temp to data member
delete[] p;
arc.read(reinterpret_cast<char *>(&bitrate),
sizeof(bitrate));
arc.read(reinterpret_cast<char *>(&stereo),
sizeof(stereo));
}

性能优化

你可能会感到迷惑，为什么不把整个对象一次性转储到文件中，而必须对每个数据成员进行序列化呢？换句话说，难道不能用下面的方式实现serialize（） 吗？
void MP3_clip::serialize()
{
ofstream arc("mp3.dat", ios::binary|ios::trunc);
arc.write(reinterpret_cast<char *>(this),sizeof(*this));
}

不行，不能这样做。这种方式至少存在两个问题。通常，当被序列化的对象还包含其它一些对象时，你不能简单地把该对象转储到一个文件中并指望以后从中重建一 个有效的对象。在我们的例子中，外层对象包含一个std：：string成员，一个浅拷贝（shallow copy）操作会把std：：string成员归档，但其值是时变的，意思是说每次运行程序时都可能改变。更糟的是，由于std：：string事实上并 不包含一个字符数组，而是一个指针，使用浅拷贝试图重建原始字符串是不可能的。为克服这个问题，程序没有序列化string对象，而是归档其含有的字符和 长度。一般来说，指针，数组和句柄应以相同的方式进行处理。

另一个问题设计到多态对象。每个多态对象都含有一个vtpr，即一个指向虚拟函数地址分配表的隐藏指针。vtpr的值是时变的，如果你把整个多态对象转储 到一个文件中，然后强行把归档后的数据添加到一个新的对象上，则其vptr可能无效并导致未定义的行为。再次提醒，解决方案是只对非时变的数据成员进行序 列化和反序列化。另一种方法是计算vptr的确切偏移量，在从文件重建对象时不要动它。记住，vptr的位置是与实现相关的，因此这样的代码是不可移植 的。