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2008-10-14 14:50:09
串行化(Serialization)
作者：
串行化是微软提供的用于对对象进行文件I/O的一种机制，该机制在框架(Frame)/文档(Document)/视图(View)
模式中得到了很好的应用。很多人对什么是串行化、怎么使对象具有串行化能力和如何使用串行化功能等问题都
不甚明了。本文试图对串行化做一个简单的解释。由于本人对串行化功能使用的也不多，不足之处敬请谅解。
MFC 框架/文档/视图结构中的文件读写CFile是MFC类库中所有文件类的基类。所有MFC提供的文件I/O功能都和这个类有关。很多情况下，大家都喜欢直接 调用CFile::Write/WriteHuge来写文件，调用CFile::Read/ReadHuge来读文件。这样的文件I/O其实和不使用MFC的文件 I/O没有什么区别，甚至和以前的ANSI C的文件I/O也没有多少差别，所差别的不外乎是调用的API不同而已。
在开始学习C++的时候，大家一定对cin/cout非常熟悉，这两个对象使用非常明了的<<和>>运算符进行
I/O，其使用格式为：
//示例代码1
int i;
cin >> i;
//here do something to object i
cout << i;
使用这种方式进行I/O的好处时，利用运算符重载功能，可以用一个语句完成对一系列的对象的读写，而不需要 区分对象具体的类型。MFC提供了类CArchive，实现了运算符<<和>>的重载，希望按照前面cin和cout 的方式进行文件I/O。通过和CFile类的配合，不仅仅实现了对简单类型如int/float等的文件读写，而且实现了对可 序列化对象(Serializable Objects,这个概念后面描述)的文件读写。
一般情况下，使用CArchive对对象进行读操作的过程如下:
//示例代码2
//定义文件对象和文件异常对象
CFile file;
CFileException fe;
//以读方式打开文件
if(!file.Open(filename,CFile::modeRead,&fe))
{
fe.ReportError();
return;
}
//构建CArchive 对象
CArchive ar(&file,CArchive::load);
ar >> obj1>>obj2>>obj3...>>objn;
ar.Flush();
//读完毕，关闭文件流
ar.Close();
file.Close();
使用CArchive对对象进行写操作的过程如下：
//示例代码3
//定义文件对象和文件异常对象
CFile file;
CFileException fe;
//以读方式打开文件
if(!file.Open(filename,CFile::modeWrite|CFile::modeCreate,&fe))
{
fe.ReportError();
return;
}
//构建CArchive 对象
CArchive ar(&file,CArchive::load);
ar << obj1<
可见，对于一个文件而言，如果文件内对象的排列顺序是固定的，那么对于文件读和写从形式上只有使用的运算符的不同。
在MFC的框架/文档/视图结构中，一个文档的内部对象的构成往往是固定的，这种情况下，写到文件中时对象在文件中的布局
也是固定的。因此CDocument利用其基类CObject提供的Serilize虚函数，实现自动文档的读写。
当用户在界面上选择文件菜单/打开文件(ID_FILE_OPEN)时，CWinApp派生类的OnFileOpen函数被自动调用，它通过文档模板
创建(MDI)/重用(SDI)框架、文档和视图对象，并最终调用CDocument::OnOpenDocument来读文件，CDocument::OnOpenDocument
的处理流程如下：
//示例代码4
BOOL CDocument::OnOpenDocument(LPCTSTR lpszPathName)
{
if (IsModified())
TRACE0("Warning: OnOpenDocument replaces an unsaved document.\n");
CFileException fe;
CFile* pFile = GetFile(lpszPathName,
CFile::modeRead|CFile::shareDenyWrite, &fe);
if (pFile == NULL)
{
ReportSaveLoadException(lpszPathName, &fe,
FALSE, AFX_IDP_FAILED_TO_OPEN_DOC);
return FALSE;
}
DeleteContents();
SetModifiedFlag(); // dirty during de-serialize
CArchive loadArchive(pFile, CArchive::load | CArchive::bNoFlushOnDelete);
loadArchive.m_pDocument = this;
loadArchive.m_bForceFlat = FALSE;
TRY
{
CWaitCursor wait;
if (pFile->GetLength() != 0)
Serialize(loadArchive); // load me
loadArchive.Close();
ReleaseFile(pFile, FALSE);
}
CATCH_ALL(e)
{
ReleaseFile(pFile, TRUE);
DeleteContents(); // remove failed contents
TRY
{
ReportSaveLoadException(lpszPathName, e,
FALSE, AFX_IDP_FAILED_TO_OPEN_DOC);
}
END_TRY
DELETE_EXCEPTION(e);
return FALSE;
}
END_CATCH_ALL
SetModifiedFlag(FALSE); // start off with unmodified
return TRUE;
}
同样，当用户选择菜单文件/文件保存(ID_FILE_SAVE)或者文件/另存为...(ID_FILE_SAVEAS)时，通过CWinApp::OnFileSave和CWinApp::OnFileSaveAs
最终调用CDocument::OnSaveDocument，这个函数处理如下：
//示例代码5
BOOL CDocument::OnSaveDocument(LPCTSTR lpszPathName)
{
CFileException fe;
CFile* pFile = NULL;
pFile = GetFile(lpszPathName, CFile::modeCreate |
CFile::modeReadWrite | CFile::shareExclusive, &fe);
if (pFile == NULL)
{
ReportSaveLoadException(lpszPathName, &fe,
TRUE, AFX_IDP_INVALID_FILENAME);
return FALSE;
}
CArchive saveArchive(pFile, CArchive::store | CArchive::bNoFlushOnDelete);
saveArchive.m_pDocument = this;
saveArchive.m_bForceFlat = FALSE;
TRY
{
CWaitCursor wait;
Serialize(saveArchive); // save me
saveArchive.Close();
ReleaseFile(pFile, FALSE);
}
CATCH_ALL(e)
{
ReleaseFile(pFile, TRUE);
TRY
{
ReportSaveLoadException(lpszPathName, e,
TRUE, AFX_IDP_FAILED_TO_SAVE_DOC);
}
END_TRY
DELETE_EXCEPTION(e);
return FALSE;
}
END_CATCH_ALL
SetModifiedFlag(FALSE); // back to unmodified
return TRUE; // success
}
从前面两段代码可以看出，文件读和文件写的结构基本相同，并且最终都调用了CObject::Serialize函数完成对文档自己的读和写（参见
注释中的save me和load me)。对于用AppWizard自动生成的MDI和SDI，系统自动生成了这个函数的重载实现，缺省的实现为：
//示例代码6
void CMyDoc::Serialize(CArchive& ar)
{
if (ar.IsStoring())
{
// TODO: add storing code here
}
else
{
// TODO: add loading code here
}
}
如果一个对VC非常熟悉的人，喜欢手工生成所有的代码（当然这是非常浪费时间也是没有必要的），那么他提供的CDocument派生类
也应该实现这个缺省的Serialize函数，否则，系统在文件读写时只能调用CObject::Serialize，这个函数什么都不做，当然也无法完成
对特定对象的文件保存/载入工作。当然，用户也可以截获ID_FILE_OPEN等菜单，实现自己的文件读写功能，但是这样的代码将变得非常烦琐，
也不容易阅读。
回到CMyDoc::Serialize函数。这个函数通过对ar对象的判断，决定当前是在读还是在写文件。由于AppWizard不知道你的文档是干
什么的，所以它不会给你添加实际的文件读写代码。假设你的文档中有三个对象m_Obj_a,m_Obj_b,m_Obj_c，那么实际的代码应该为：
//示例代码7
void CMyDoc::Serialize(CArchive& ar)
{
if (ar.IsStoring())
{
ar << m_Obj_a << m_Obj_b << m_Obj_c;
}
else
{
ar >> m_Obj_a >> m_Obj_b >> m_Obj_c;
}
}
可串行化对象(Serializable Object)
要利用中的方式进行文件I/O的一个基本条件是：m_Obj_a等对象必须是可串行化的对象。一个
可串行化对象的条件为：
- 这个类从CObject派生)
- 该类实现了Serialize函数
- 该类在定义时使用了DECLARE_SERIAL宏
- 在类的实现文件中使用了IMPLEMENT_SERIAL宏
- 这个类有一个不带参数的构造函数，或者某一个带参数的构造函数所有的参数都提供了缺省参数
这里，可串行化对象条件中没有包括简单类型，对于简单类型，CArchive基本都实现了运算符<<和>>的重载，所以可以直接使用
串行化方式进行读写。
从CObject类派生
串行化要求对象从CObject派生，或者从一个CObject的派生类派生。这个要求比较简单，因为几乎所有的类（不包括CString）都是从CObject
派生的，因此对于从MFC类继承的类都满足这个要求。对于自己的数据类，可以指定它的基类为CObject来满足这个要求。
实现Serialize函数
Serialize函数是对象真正保存数据的函数，是整个串行化的核心。其实现方法和CMyDoc::Serialize一样，利用CArchive::IsStoring和CArchive::IsLoading
判断当前的操作，并选择<<和>>来保存和读取对象。
使用DECLARE_SERIAL宏
DECLARE_SERIAL宏包括了DECLARE_DYNAMIC和DECLARE_DYNCREATE功能，它定义了一个类的CRuntimeClass相关信息，并实现了缺省的operator >>
重载。实现了该宏以后，CArchive就可以利用ReadObject和WriteObject来进行对象I/O，并能够在事先不知道类型的情况下从文件中读对象。
使用IMPLEMENT_SERIAL
DECLARE_SERIAL宏和IMPLEMENT_SERIAL宏必须成对出现，否则DECLARE_SERIAL宏定义的实体将无法实现，最终导致连接错误。
缺省构造函数
这是CRuntimeClass::CreateObject对对象的要求。
特殊情况
- 只通过Serialize函数对对象读写，而不使用ReadObject/WriteObject和运算符重载时，前面的可串行化条件不需要，只要实现Serialize
函数即可。
- 对于现存的类，如果它没有提供串行化功能，可以通过使用重载友元operator <<和operator >>来实现。
例子
假设需要实现一个几何图形显示、编辑程序，支持可扩展的图形功能。这里不想讨论具体图形系统的实现，只讨论图像对象的保存和
载入。
基类CPicture
每个图形对象都从CPicture派生，这个类实现了串行化功能，其实现代码为：
//头文件picture.h
#if !defined(__PICTURE_H__)
#define __PICTURE_H__
#if _MSC_VER > 1000
#pragma once
#endif // _MSC_VER > 1000
const int TYPE_UNKNOWN = -1;
class CPicture:public CObject
{
int m_nType;//图形类别
DECLARE_SERIAL(CPicture)
public:
CPicture(int m_nType=TYPE_UNKNOWN):m_nType(m_nType){};
int GetType()const {return m_nType;};
virtual void Draw(CDC * pDC);
void Serialize(CArchive & ar);
};
#endif
//cpp文件picture.cpp
#include "stdafx.h"
#include "picture.h"
#ifdef _DEBUG
#define new DEBUG_NEW
#undef THIS_FILE
static char THIS_FILE[] = __FILE__;
#endif
void CPicture::Draw(CDC * pDC)
{
//基类不实现绘图功能，由派生类实现
}
void CPicture::Serialize(CArchive & ar)
{
if(ar.IsLoading())
{
ar << m_nType;
}else{
ar >> m_nType;
}
}
注意：由于CRuntimeClass要求这个对象必须能够被实例化，因此虽然Draw函数没有任何绘图操作，这个类还是没有把它定义成
纯虚函数。
对象在CDocument派生类中的保存和文件I/O过程
为了简化设计，在CDocument类派生类中，采用MFC提供的模板类CPtrList来保存对象。该对象定义为：
protected:
CTypedPtrList m_listPictures;
由于CTypedPtrList和CPtrList都没有实现Serialize函数，因此不能够通过ar << m_listPictures和ar >> m_listPictures
来序列化对象，因此CPictureDoc的Serialize函数需要如下实现：
void CTsDoc::Serialize(CArchive& ar)
{
POSITION pos;
if (ar.IsStoring())
{
// TODO: add storing code here
pos = m_listPictures.GetHeadPosition();
while(pos != NULL)
{
ar << m_listPictures.GetNext (pos);
}
}
else
{
// TODO: add loading code here
RemoveAll();
CPicture * pPicture;
do{
try
{
ar >> pPicture;
TRACE("Read Object %d\n",pPicture->GetType ());
m_listPictures.AddTail(pPicture);
}
catch(CException * e)
{
e->Delete ();
break;
}
}while(pPicture != NULL);
}
m_pCurrent = NULL;
SetModifiedFlag(FALSE);
}
实现派生类的串行化功能
几何图形程序支持直线、矩形、三角形、椭圆等图形，分别以类CLine、CRectangle、CTriangle和CEllipse实现。以类CLine为例，实现
串行化功能：
- 从CPicture派生CLine，在CLine类定义中增加如下成员变量：
CPoint m_ptStart,m_ptEnd;
- 在该行下一行增加如下宏：
DECLARE_SERIAL(CLine)
- 实现Serialize函数
void CLine::Serialize(CArchive & ar)
{
CPicture::Serialize(ar);
if(ar.IsLoading())
{
ar>>m_ptStart.x>>m_ptStart.y>>m_ptEnd.x>>m_ptEnd.y;
}else{
ar<
- 在CPP文件中增加
IMPLEMENT_SERIAL(CLine,CPicture,TYPE_LINE);
这样定义的CLine就具有串行化功能，其他图形类可以类似定义。
附注
本文仓促草就，不足之处在所难免。请发现谬误者给来信说明，谢谢。
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罗恩大哥，你好，我在实际变成中想自动载入上次的文件有什么好的方法吗？？ ( yangqifengfan 发表于 2005-3-25 8:24:00)
写的不错。。。。 ( 徐明刚 发表于 2004-10-12 12:27:00)
罗恩大哥，你好，我是vc++初学者，（以前看过windows程序设计（第5版）,
机工社的《c++精髓 软件工程方法》），
最近在看《深入浅出MFC》，第8章时，里边也说到了Serialize，我不是很懂，
我看你的个人专栏里边看了串行化(Serialization)这篇文章也提到了，
你能顺便给我解释一下吗Serialize
在你的示例代码7中有 ar >> m_Obj_a
这里operator >>是不是调用
_AFX_INLINE CArchive& AFXAPI operator>>(CArchive& ar,CObject*& pOb) ？
如果是，那么IMPLEMENT_SERIAL宏 展开后的
CArchive& AFXAPI operator>>(CArchive& ar, class_name* &pOb)
在哪里用到？
还有为什么IMPLEMENT_SERIAL宏 展开后的
有CArchive& AFXAPI operator>>(CArchive& ar, class_name* &pOb)
没有CArchive& AFXAPI operator<<(CArchive& ar, class_name* &pOb)
在示例7中出现ar << m_Obj_a ( yckyck2001 发表于 2004-7-11 14:03:00)
我就把你当成我现在的目标了 ( 弃卒 发表于 2004-6-14 15:25:00)
将内存指针系列化可不是个好主意(m_listPictures这一段) ( jiangsanhuo 发表于 2004-2-4 9:04:00)
最明显的错误是：
ar >> pPicture;之前没有为pPicture分配内存： pPicture = new CPicture; ( eeixy2000 发表于 2003-12-27 19:12:00)
唉，希望这个文档不要被大家看成是教人家怎么绘图的：（ ( 阿荣 发表于 2003-11-20 13:51:00)
建议看看vckbase上面得EastDraw程序，该文章中说得所有内容都可以从那个例子中找到，并且那个例子中还有undo功能得实现。 ( coyer 发表于 2003-11-6 17:14:00)
不错,建议以后多发表类似的文章! ( xiaojin 发表于 2003-11-4 23:06:00)
如果发生版本升级，那么新版本的程序能不能兼容旧版本本来就需要看代码怎么设计，这种情况下，不使用串行化一样不能达到目的。有两个方法可以解决这个问题：1）根据扩展名不同实现不同的Serialize功能，可以在Serialize中判断文件扩展名，调用不同子函数实现。2）使用版本升级工具，在处理之前先转换文件格式 ( 阿荣 发表于 2003-11-4 13:29:00)
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