超越 C++ 下一代 C++ — C++/CLI简介

    来源：赛迪网社区    作者：lose

一、绪论

当微软推出VS.NET7实现了可扩展的托管C++后，C++程序员们反映不一。尽管大部分的程序员对于能够继续使用C++感到很欣慰，但几乎所有的人对于托管C++提供的晦涩语法感到很痛苦。微软明显从反馈中感觉到托管C++不是那么成功。

2003年10月6日，ECMA（欧洲计算机制造商协会）宣布成立专家组，负责结合ISO标准C++与通用语言，开发一个可扩展语言的标准，这个新的可扩展语言被称为C++/CLI标准。这个标准将被VS.NET2005的C++编译器支持。

二、老语法存在的问题

1、晦涩繁琐的语法和文法--这两个"双重底线"问题加重了阅读的负担。

2、二流的CLI支持--相对与C#与VB.NET，MC++使用不方便的工作区来提供CLI支持，例如，它没有一个一一对应的结构来列举.NET的集合。

3、C++与.NET粗陋地结合--对于CLI类型，你不能使用C++的特色，例如模板；同样，对于C++类型，你不能使用CLI的特色，例如碎片帐集。

4、令人混淆的指针--非托管的C++的指针及托管的引用指针都使用*语法，这非常令人混淆，因为-gc指针与托管指针在本质和行为上完全不同。

5、MFC编译器不能产生可校验的代码。

三、C++/CLI给我们提供了什么？

1、优雅流畅的语法和文法--C++/CLI为C++开发人员书写托管代码提供了一种非常自然的感觉，并且它提供了非托管代码到托管代码的平滑过度。以前所谓的"双重底线"问题现在已经荡然无存。

2、一流的CLI支持--CLI特色，例如属性、碎片集合和属类得到了直接支持，此外，C++/CLI还准许将这些特色用于本地非托管的类。

3、一流的C++类支持--C++特色，例如模板和析构函数对于拖管和非拖管类继续有效。实际上，C++/CLI是你可以"表面上"在栈或C++本地堆上声明一个.NET类型唯一的.NET语言。

4、在.NET与C++之间的沟壑上架起了一座桥梁--C++开发人员在抨击BCL时不再象离开水的鱼。

5、C++/CLI编译器产生的可执行文件完全是可校验的。

四、"Hello World"小程序

using namespace System;

void _tmain()

{

Console::WriteLine("Hello World");

}

上述代码除了不需要引用mscorlib.dll库外，与老的语法没有太大的区别，因为无论你什么时候使用/clr进行编辑，编译器都可以暗中进行引用（现在默认的是/clr:newSyntax）。

五、句柄

与老的语法主要的混淆是我们习惯于使用*符号来声明拖管引用或非拖管指针，在C++/CLI里微软引入了句柄的概念。

void _tmain()

{

//The ^ punctuator represents a handle

String^ str = "Hello World";

Console::WriteLine(str);

}

^符号代表一个托管对象（声明时看上去象个帽子），按照CLI的规定，句柄代表一个拖管对象的引用。句柄在CLI中是新的语法，相当于C++中的-gc指针。句柄与指针不再混淆，在本质上两者完全不同。

六、句柄与指针是怎样区分开来的？

1、指针声明时使用*符号，而句柄使用^符号。

2、句柄是针对拖管堆上对象的拖管引用，而指针仅仅指向内存中的一个地址。

3、指针很稳定，GC循环不会影响到它；句柄在基于GC或内存紧张的情况下，可以指向不同的内存位置。

4、对于指针，程序开发人员必须"显式"地删除，否则会面临泄露的危险，而对于句柄，是否进行显式删除则完全根据程序人员的爱好了。

5、句柄一定要指向一个具体的类型，即所谓的类型安全性，而指针明显不是这样，你决不可以将一个句柄指向Void^类型。

6、正如new操作符返回一个指针一样，gcnew返回一个句柄。

七、CLR对象示例

void _tmain()

{

String^ str = gcnew String("Hello World");

Object^ o1 = gcnew Object();

Console::WriteLine(str);

}

关键字gcnew用来实例化一个CLI对象，而且它返回一个指向在CLR堆上的对象的句柄，gcnew的优点在于它可以方便的让我们区分拖管和非拖管的实例对象。

大部分情况下，gcnew关键字和^操作符提供了你用来进行BCL的一切手段，但是很明显你需要创建和声明属于自己的拖管类和接口。

八、声明类型

CLR类型有一个形容词前缀用来说明类型的种类，下面是C++/CLI中的类型声明示例：

1、 CLR types 

o Reference types 

§ ref class RefClass{...}; 

§ ref struct RefClass{...}; 

2、 Value types 

§ value class ValClass{...}; 

§ value struct ValClass{...}; 

o Interfaces 

§ interface class IType{...}; 

§ interface struct IType{...}; 

o Enumerations 

§ enum class Color{...}; 

§ enum struct Color{...}; 

3、 Native types 

o class Native{...}; 

o struct Native{...}; 

示例：

using namespace System;

interface class IDog

{

void Bark();

};

ref class Dog : IDog

{

public:

void Bark()

{

Console::WriteLine("Bow wow wow");

}

};

void _tmain()

{

Dog^ d = gcnew Dog();

d->Bark();

}

上述程序中的代码与老的C++语言相比看上去非常简洁，在以往的C++代码中，至少要用到-gc和-interface这两个关键词。

九、装箱/拆箱操作

在C++/CLI中，加箱是隐含的，而且类型是安全的，一个二进制的拷贝被执行并在CLR堆上形成一个对象，去箱是显式的，仅仅需要使用reinterpret_cast操作符来解除引用。

void _tmain()

{

int z = 44;

Object^ o = z; //implicit boxing

int y = *reinterpret_cast(o); //unboxing

Console::WriteLine("{0} {1} {2}",o,z,y);

z = 66; 

Console::WriteLine("{0} {1} {2}",o,z,y);

}

// 输出结果如下：

// 44 44 44

// 44 66 44

在上述代码中，"o"对象是一个加箱的拷贝，从第二个语句Console::WriteLine.的输出可以很明显地看到，它并没有涉及到int类型的整数值。

当你对一种数值类型进行加箱操作时，返回的对象记住了最初的数值类型。

void _tmain()

{

int z = 44;

float f = 33.567;

Object^ o1 = z; 

Object^ o2 = f; 

Console::WriteLine(o1->GetType());

Console::WriteLine(o2->GetType()); 

}

// Output

// System.Int32

// System.Single

因此不能对不同类型的对象进行去箱操作。

void _tmain()

{

int z = 44;

float f = 33.567;

Object^ o1 = z; 

Object^ o2 = f;

int y = *reinterpret_cast(o2);//System.InvalidCastException

float g = *reinterpret_cast(o1);//System.InvalidCastException

}

如果你非尝试这么做，那么你将得到一个System.InvalidCastException。让我们来探讨一下完美的类型安全性，如果你要看内部代码，你将看到微软的内部箱在实际中的运用。例如：

void Box2()

{

float y=45;

Object^ o1 = y;

}

编译后的代码是：

.maxstack 1

.locals (float32 V_0, object V_1)

ldnull

stloc.1

ldc.r4 45.

stloc.0

ldloc.0

box [mscorlib]System.Single

stloc.1

ret

根据微软的内部文档，箱操作将未加工的类型转换为一个具体类型的实例，这项工作的完成通过创建一个新的对象并将数据拷贝到这个新分配的对象。

十、写在后面的话

为什么很多人已经可以使用C、C++、.NET来开发程序但还在积极学习C++/CLI呢，我想有四个方面的原因：

1、从编译器直到内层都还在支持C++代码；

2、C++/CLI对于其他标准来说无意是具有毁灭性地；

3、与生俱来的内部支持胜过所有其他CLI语言

4、所有在MFC中出现的下划线都已不再存在。