体验Visual C＋＋ 2005的现代语言特性

C++/CLI 新的语法

　　可能我们中有不少人都发现，要在前两个版本的C++中使用托管扩展语法，会非常麻烦并且错误重重，也许还会觉得，Visual C++并非是 .NET开发的首选语言。微软Visual C++开发小组在广泛听取意见的基础上，重新改进了Visual C++ 2005，在Visual Studio .NET 2002中那种笨拙的C++托管扩展语法已经一去不复返了，而修订后的语言定义带来的是一个完全充满吸引力的新语法。

　　在语言设计上，微软Visual C++开发小组制定了一些主要的目标。首先（对那些认为编程是艺术的人来说，也许是最重要的），他们要保证在开发者在编写C++代码时感觉自然，为达到这个目的，他们对ISO C++标准作了一个在语法上优雅的纯粹扩展，目的是为了在像单击部署、窗体设计支持和SQL Server 2005的托管代码支持这些地方，可更简单地用C++编写可验证的代码。他们想要设计出一个超过C++的语言，要带给C++全部的 .NET能力，同时也要带给 .NET全部的C++能力。现在看来，他们非常的成功。

　　新的扩展规范被称为“C++/CLI”，并且正在被标准化。在阅读代码时，最引人注意之处就是，以往那种在托管扩展中定义垃圾回收类、属性等等常用到的双下划线关键字，现在已成为了历史。虽然也有一些类似的关键字被保留，但由于不会被经常用到，所以不会对代码的可读性造成影响。这些双下划线关键字如今被两种新的“关键字”取代：“上下文敏感”和“空隔”。“上下文敏感”关键字是只在特定的上下文中，才是关键字；而“空隔”关键字只在联合其他关键字时，才会是关键字。例如：在托管扩展中的关键字__property已被关键字property取代（不只是这样，定义和访问属性的整个语法都被精炼了，它的声明与C#看起来很相似，参见插1），而且在你的代码中，还可以使用property作为变量名，只有在一个类型中声明属性时，“property”才会被当作一个关键字。

　　代码1：语法比较

　　托管扩展语法

public __gc __sealed class Student { 　private: 　　double m_grade; 　　String* m_name; 　public: 　　__property double get_Grade() { return m_grade; } 　　__property void set_Grade(double newGrade) { m_grade = newGrade; } 　　__property String* get_Name() { return m_name; } 　　__property void set_Name(String* newName) { m_name = newName; } }

　　C++/CLI语法

public ref class Student sealed { private: double m_grade; public: // 标准属性语法 property double Grade { 　double get() { return m_grade; } 　void set(double newGrade) { m_grade = newGrade; } } //其他属性 property String^ Name; }

　　在新语法中的类型被声明为“什么的类”，前置的形容词描述了你将创建什么样的类，如下所示：

class N { /*…*/ }; //本地类型 ref class R { /*…*/ }; // CLR引用类型 value class V { /*…*/ }; // CLR值类型 interface class I { /*…*/ }; // CLR界面接口类型 enum class E { /*…*/ }; // CLR枚举类型

　　在前一个语言版本中，声明类型的方法，表明了它生存和工作的方式。只有本地类、结构和托管值类型才可以创建在堆栈中，托管引用类始终在托管堆中。在Visual C++ 2005中，所有的类型，不管是本地还是托管，通过使用基于堆栈的确定性清理语义，都能被创建在堆栈中。

　　为在本地堆中生成类型T的一个对象实例，可使用“new T”，它返回一个指向本地堆中对象位置的指针（在Visual Studio .NET 2002和Visual Studio .NET 2003中为__nogc）。而在托管堆中生成类型T的一个对象实例，Visual C++ 2005引入了关键字gcnew，“gcnew T”将返回整个对象在托管堆中的句柄。句柄在Visual C++ 2005中被当作一个新的结构，有点类似于托管扩展的__gc指针；如今要在堆栈上生成一个类型T的实例，标准的“T t”声明就足够了。

　　在此说明一下是如何定义一个实例的，托管引用类建立于托管堆中，本地类型建立于堆栈或本地堆中，当一个托管引用类被声明建立在堆栈中时，编译器实际上还是在托管堆中把它实例化，如图1：

图1：

　　图1中所示的托管引用类型也带来了一些问题：当一个堆栈中的实例对象超出了范围，将会有什么问题发生呢？它是怎样被清理的呢？许多C#的开发者抱怨C#语言缺乏确定性清理，C#语言可通过使用关键字，非常容易地清除IDisposable的对象，但这需要额外的代码，并且与C++开发者熟悉的析构模式相比，显得有点晦涩。在C#中，安全清理在默认状态下是关闭的，要打开它，还需要显式编码。举例来说，看一下插3中的C#代码片断，对象StreamReader声明在托管堆中，当类中的方法执行完毕后，对StreamReader的实例就不再有任何引用了，但是这个对象仍然不会结束，直到垃圾回收器回收它；而且，文件不会被关闭，程序依然拥有打开文件的句柄。要加入确定性清理，必须通过那些使用非托管资源的类来实现IDisposable接口。

　　代码2中的第二个示例，演示了C#中新的代码，此处的代码仍具有不错的可读性，但一旦引入更多需要清理的对象时，代码就会变得越来越难读懂了，同样，当垃圾回收器最终运行时，任何忘记清除的对象，都会加重最终结束器线程（finalizer）的负担，同时，还有可能锁住高价值资源。而且，当用Visual Basic .NET来实现同样的功能时，这种编码形式会变得更加丑陋（虽然Visual Basic 2005也有一个类似于C#的Using声明）。

　　代码2：确定性清理代码

　　实现代码

　　C#（没有确定性清理）

string ReadFirstLineFromFile(string path) { StreamReader reader = new StreamReader(path); return reader.ReadLine(); })

　　C#（有确定性清理）

string ReadFirstLineFromFile(string path) { 　using (StreamReader reader = new StreamReader(path)) 　{ 　　return reader.ReadLine(); 　} }

　　Visual Basic .NET（有确定性清理）

Function ReadFirstLineFromFile( _ByVal path As String) As String Dim reader As StreamReader Try 　reader = New StreamReader(path) 　ReadFirstLineFromFile = reader.ReadLine() Finally 　If Not reader Is Nothing Then _ 　　CType(reader, IDisposable).Dispose() End Try End Function

　　C++（有确定性清理）

String^ ReadFirstLineFromFile(String^ path) { 　StreamReader reader(path); 　return reader.ReadLine(); }

　　现在，Visual C++ 2005对任何类型的托管和本地对象，都提供了一个析构函数或结束器（finalizer）。当类型是托管时，编译器映射一个析构函数到IDisposable::Dispose方法中，这意味着，你可用C++来编写同样的方法——如插3中的第四段代码，而且reader的析构或清除方法会被自动调用，就好像在C#中使用“using”一样。这样，当创建在堆栈上的类型超出作用范围之后，它的析构函数就会被调用。
　
　　托管扩展带来的最大问题就是指针问题了，虽然指针很难理解，但却是应付多种任务和多种情况的“多面手”。在Visual C++ 2005中，指针仍旧是老式的C++指针，它指向一个对象，并能执行一些算法。引用一个对象的指针，它的生存期必须由开发者显示地管理，当与指针打交道时，运行时库可不负责清理它。

　　现在，来看一下Visual C++ 2005的设计者是怎样实现的吧，Visual Studio .NET 2003和Visual Studio .NET 2005中的new操作符通常返回一个指针，而gcnew操作符返回一个“句柄”，一个用脱字符 ^ 语法表示的一个结构，此句柄指向托管堆的对象。因此，它们不能指向interior类型，而且在用法上，编译器也作了不少限制，以便开发者正确、安全地使用它们。句柄不能执行指针算法，也不能转换成一个空指针或任何其他整数类型，话说回来，依然可使用星号（*）和箭号（->）操作符。

　　这不是说，你再不能取得一个指向垃圾回收堆中的指针了，在Visual C++ 2005中的pin_ptr，可用于取得托管堆中对象的一个固定指针，只要这个指针存在，对象就被固定在托管堆中，以防止垃圾回收器清除它；Visual C++ 2005同时也引入了“引用跟踪”操作符，以百分号 % 表示。当年在C++中引入 & 引用操作符时，大多数开发者把它理解成一个指向对象的指针，而且由编译器自动解引用。在很多方面来说，% 之于 ^，就像 & 之于 *。

　　在托管世界中，对托管对象的本地引用，与指向托管对象的本地指针一样危险，指针和引用的基本原理在于，被引用的对象不能四处移动。引用跟踪与本地引用非常类似，除了它引用的对象是在托管堆中，而且被垃圾回收器移动之后，还能继续跟踪它们。百分号 % 操作符用来取托管对象的地址，就像 & 操作符对于本地对象的功能一样，百分号 % 操作符可返回一个托管引用类型对象的句柄。

　　一般来说，C++开发者知道ISO标准控制着语言的发展方向，正是因为这个原因，为了提高被第三方采用的机率，同时保证语言稳步向前发展，这种新语法被提议为一种称作“C++/CLI”的标准。在2003年10月，ECMA（欧洲计算机制造商协会）投票决定建立一个特别工作组——TG5，专门负责分析和采用这个标准，其工作性质就像WG21是ISO C++的管理单位一样，实际上，WG21中的关键组员也同时服务于TG5中。计划在2004年底，把C++/CLI标准化。