Open CASCADE Foundation Classes – Basics
Open CASCADE 基礎(chǔ)庫(kù)之基本功能
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本章主要介紹Open CASCADE的基本功能，如內(nèi)存管理(memory management)、手柄編程(programming with handles)、基本類(lèi)型(primitive types)、異常處理(exception handling)、泛型編程(genericity by downcasting)、Plug-in的創(chuàng)建等……
一、數(shù)據(jù)類(lèi)型 Data Types
1．1 基本類(lèi)型 Primitive Types
基本類(lèi)型是由語(yǔ)言定義的且他們是由值控制的。有些基本類(lèi)型從類(lèi)Storable繼承而來(lái)。這就意味著他們可以在持久性對(duì)象中使用，或者被包含在對(duì)象的方法中，或者作為對(duì)象內(nèi)部的一部分。由類(lèi)Standard_Storable派生的類(lèi)有：
l Boolean: 用來(lái)表示邏輯數(shù)據(jù)。只有兩種狀態(tài)：Standard_True和Standard_False;
l Character: 用來(lái)表示任意ASCII字符；
l ExtCharacter: 用來(lái)表示字符的擴(kuò)展；
l Integer: 用來(lái)表示整數(shù)；
l Real: 用來(lái)表示實(shí)數(shù)；
l ShortReal: 用來(lái)表示實(shí)數(shù)的另一種選擇，精度要低；
也有非存儲(chǔ)類(lèi)型，如：
l CString:
l ExtString:
l Address:
下表所示為Open CASCADE中基本類(lèi)型與C++中基本類(lèi)型對(duì)應(yīng)表：
| C++ Types | Open CASCADE Types |
| int | Standard_Integer |
| double | Standard_Real |
| float | Standard_ShortReal |
| unsigned int | Standard_Boolean Standard_False = 0; Standard_True = 1; |
| char | Standard_Character |
| short | Standard_ExtCharacter |
| char* | Standard_CString |
| void* | Standard_Address |
| short* | Standard_ExtString |
使用上述基本類(lèi)型的注意事項(xiàng)：
具體請(qǐng)參考《Open CASCADE Foundation Classes User's Guide》；
1．2 由值控制的類(lèi)型
由值控制的變量類(lèi)型分為三類(lèi)：
l 基本類(lèi)型；
l 枚舉類(lèi)型；
l 不是由類(lèi)Standard_Persistent直接或間接派生的類(lèi)；
由值控制的變量比由手柄控制的變量更直接，更快，就是不能保存到文件。
1．3 由引用控制的類(lèi)型
由手柄控制的變量分為兩類(lèi)：
l 由類(lèi)Persistent派生的類(lèi)，這種類(lèi)可以保存到文件；
l 由類(lèi)Transient派生的類(lèi)；
1．4 屬性的結(jié)論
二、手柄編程 Programming with Handles
2．1 手柄定義 Handle Definition
手柄與C++的指針(pointer)類(lèi)似。幾個(gè)手柄可以引用同一個(gè)對(duì)象，同樣地，一個(gè)手柄也可以引用了幾個(gè)對(duì)象，但是一次只能是一個(gè)對(duì)象。為了訪問(wèn)引用的對(duì)象，必須先解除引用(de-referenced)，就像使用C++的指針一樣。臨時(shí)變量和持久變量既可以是由值控制的也可以是由手柄控制的。引用非持久性對(duì)象的手柄稱(chēng)為不可存儲(chǔ)手柄。因此，持久性對(duì)象不能包含不可存儲(chǔ)手柄。
類(lèi)的組織：使用手柄的類(lèi)的對(duì)象可以是持久的也可是臨時(shí)的。從類(lèi)Standard_Transient繼承的類(lèi)的實(shí)例是臨時(shí)的，而從類(lèi)Standard_Persistent繼承的類(lèi)的實(shí)例是持久的。本章只討論臨時(shí)類(lèi)及其相關(guān)的手柄。持久類(lèi)及其相關(guān)的手柄的組織與此類(lèi)似。
類(lèi)Standard_Transient是Open CASCADE中由手柄控制的類(lèi)層次結(jié)構(gòu)中的基類(lèi)。它有引用計(jì)數(shù)部分，所有的子類(lèi)都繼承此部分。當(dāng)使用Handle()類(lèi)時(shí)，就可知引手柄引用實(shí)例的數(shù)量。
直接或間接由類(lèi)Transient派生的類(lèi)，CDL extractor將創(chuàng)建類(lèi)的相應(yīng)的手柄Handle()，類(lèi)名是相同的，只是在類(lèi)名前加上了“Handle_*”。Open CASCADE提供預(yù)處理器的宏定義Handle()，用來(lái)產(chǎn)生相應(yīng)類(lèi)的帶手柄的類(lèi)。
使用手柄：在對(duì)臨時(shí)對(duì)象執(zhí)行任何操作之前，你必須聲明手柄。如：若點(diǎn)(Point)和線(Line)是從包Geom中定義的兩個(gè)臨時(shí)對(duì)象，代碼如下：
聲明手柄創(chuàng)建了一個(gè)未指向任何對(duì)象的空手柄。手柄可以通過(guò)其方法IsNull()來(lái)驗(yàn)證。使用手柄無(wú)效，可使用方法Nullify()。
只要類(lèi)型兼容，既可以從創(chuàng)建新的對(duì)象或通過(guò)賦值來(lái)初始化手柄。手柄僅用于共享的對(duì)象。對(duì)于所有的本地操作，建議使用由值控制的類(lèi)。
2．2 類(lèi)型管理 Type Management
Open CASCADE提供一種描述數(shù)據(jù)類(lèi)型層次的通用方式，并且可以運(yùn)行時(shí)檢查對(duì)象類(lèi)型，與C++的RTTI類(lèi)似。對(duì)于從類(lèi)Standard_Transient繼承的每個(gè)類(lèi)，CDL extractor從類(lèi)Standard_Type創(chuàng)建代碼。由類(lèi)Standard_Transient派生的類(lèi)的虛函數(shù)DynamicType()返回一個(gè)實(shí)例。通過(guò)虛函數(shù)IsKind()來(lái)檢查給定的對(duì)象是不是指定的類(lèi)型。
2．3 使用手柄創(chuàng)建對(duì)象 Using Handles to Create Objects
創(chuàng)建由手柄控制的對(duì)象，聲明手柄并使用標(biāo)準(zhǔn)C++的new操作符，緊隨其后調(diào)用構(gòu)造函數(shù)。
與指針不同的是，手柄不需要delete。因?yàn)楫?dāng)手柄引用的對(duì)象為零時(shí)，對(duì)象將會(huì)被自動(dòng)釋放。
2．4 方法調(diào)用 Invoking Methods
當(dāng)你使用手柄的時(shí)候，就跟使用C++的指針一樣。調(diào)用手柄引用對(duì)象的方法使用操作符->。檢查或修改手柄的狀態(tài)，通過(guò)操作符點(diǎn).來(lái)實(shí)現(xiàn)。下例所示為訪問(wèn)一個(gè)點(diǎn)對(duì)象的坐標(biāo)：
下例所示為如何檢查笛卡爾坐標(biāo)點(diǎn)的類(lèi)型：
當(dāng)調(diào)用一個(gè)空Null手柄時(shí)，NullObject異常將會(huì)產(chǎn)生。
調(diào)用類(lèi)方法：類(lèi)方法就是C++類(lèi)中的靜態(tài)函數(shù)。即用類(lèi)名加上“::”和方法名來(lái)調(diào)用。
2．5 手柄釋放 Handle De-allocation
在刪除一個(gè)對(duì)象之前，必須其沒(méi)有被引用。為了減少管理對(duì)象生命周期的編程工作量，Open CASCADE中對(duì)象的刪除函數(shù)是由手柄控制類(lèi)的引用計(jì)數(shù)(reference counter)來(lái)確保。手柄就是用來(lái)管理引用計(jì)數(shù)，當(dāng)對(duì)象不再引用時(shí)將會(huì)調(diào)用delete將其刪除。當(dāng)是Standard_Transient的子類(lèi)時(shí)，通常不需要直接使用delete操作符。當(dāng)對(duì)相同的對(duì)象使用new時(shí)，引用計(jì)數(shù)將會(huì)增加。當(dāng)手柄被銷(xiāo)毀、置為空或重新賦值，引用計(jì)數(shù)將會(huì)減少。當(dāng)引用計(jì)數(shù)為0時(shí)對(duì)象將會(huì)自動(dòng)調(diào)用delete操作符。內(nèi)存分配的原理如下所示：
Cycles
本段內(nèi)容不清楚，具體內(nèi)容請(qǐng)參考原文。
2．6 不使用CDL創(chuàng)建類(lèi) Creating Transient Classes without CDL
盡管可用CDL extractor生成手柄類(lèi)及其相關(guān)C++代碼，然而也可不用CDL管理手柄。為此，在文件Standard_DefineHandle.hxx中提供了幾個(gè)宏定義：
DECLARE_STANDARD_HANDLE(class_name, ancestor_name) 這個(gè)宏定義了以class_name為類(lèi)名并繼承類(lèi)ancestor_name的手柄類(lèi)。這個(gè)宏必須放在頭文件中，且基類(lèi)必須是可用的。
IMPLEMENT_STANDARD_HANDLE(class_name, ancestor_name) 這個(gè)宏實(shí)現(xiàn)了轉(zhuǎn)換方法DownCast()，應(yīng)該在C++文件中使用。
DEFINE_STANDARD_RTTI(class_name) 這個(gè)宏聲明方法需要RTTI支持，應(yīng)該在類(lèi)的public中使用。
IMPLEMENT_STANDARD_RTTIEXT(class_name, ancestor_name) 實(shí)現(xiàn)上面的方法。
注：在使用這些宏的時(shí)候，必須確保參數(shù)的正確性，特別是父類(lèi)的名字。否則定義將會(huì)不正確，且編譯也不會(huì)報(bào)錯(cuò)。
三、內(nèi)存管理 Memory Management in Open CASCADE
在幾何建模的過(guò)程中，程序創(chuàng)建和刪除相當(dāng)數(shù)量的C++對(duì)象在動(dòng)態(tài)內(nèi)存中，也就是堆中(heap)。在這種情況下，標(biāo)準(zhǔn)函數(shù)管理內(nèi)存的性能可能不足夠。所以，Open CASCADE在標(biāo)準(zhǔn)包中實(shí)現(xiàn)了內(nèi)存的管理。
3．1 用法 Usage
使用Open CASCADE內(nèi)存管理只需要在C中使用malloc()的地方使用Standard::Allocate()；在使用free()的地方使用Standard::Free()；在使用realloc()的地方使用Standard::Reallocate()。
在C++中，類(lèi)的操作符new()和delete()已經(jīng)定義了在申請(qǐng)內(nèi)存時(shí)使用Standard::Allocate()并在釋放時(shí)使用Standard::Free()。所以，類(lèi)所有的對(duì)象的內(nèi)存都將由Open CASCADE的內(nèi)存管理器來(lái)管理。
CDL extractor為所有的類(lèi)定義了new()和delete()。所以，所有的Open CASCADE的類(lèi)（小部分除外）都使用Open CASCADE的內(nèi)存管理器。
由于操作符new()和delete()被繼承，所以，所有從Open CASCADE派生的類(lèi)，所有從Standard_Transient類(lèi)派生的類(lèi)都是由內(nèi)存管理器管理。
注：若重載了部分從Standard_Transient類(lèi)派生類(lèi)的new()和delete()，盡管不推薦這樣做，方法Delete()必須重定義，以便對(duì)這樣的指針使用delete操作。這將確保合適的delete()函數(shù)將會(huì)被調(diào)用，即使是由手柄控制的對(duì)象。
3．2 配置內(nèi)存管理器 Configuring Memory Manager
Open CASCADE內(nèi)存管理器可以被配置以便對(duì)不同的內(nèi)存區(qū)域使用不同的優(yōu)化技術(shù)，或者根本不使用任何優(yōu)化而直接使用C的malloc()和free()函數(shù)。配置方法為修改環(huán)境變量的值：
l MMGT_OPT：
l MMGT_CLEAR：
l MMGT_CELLSIZE:
l MMGT_NBPAGES:
l MMGT_THRESHOLD:
l MMGT_REENTRANT:
3．3 實(shí)現(xiàn)細(xì)節(jié) Implementation details
本段內(nèi)容請(qǐng)參考原文。
四、異常處理 Exception Handling
異常處理提供了一種從指定點(diǎn)轉(zhuǎn)換到其他點(diǎn)的一種方法。一個(gè)方法可能會(huì)產(chǎn)生一個(gè)異常，將程序從正常執(zhí)行處轉(zhuǎn)換到捕捉異常處。Open CASCADE提供了異常類(lèi)的層次，其基類(lèi)是包Standard中的Standard_Failure。CDL extractor使用標(biāo)準(zhǔn)接口生成異常類(lèi)。
Open CASCADE也提供將系統(tǒng)信號(hào)的轉(zhuǎn)換成異常的支持，如數(shù)除0這樣所有的情況都可以用安全、統(tǒng)一的方法來(lái)處理了。但是為了支持不同的平臺(tái)，也使用了一些特殊的方法。
如下內(nèi)容為在Open CASCADE中使用異常處理的推薦方法。
4．1 產(chǎn)生異常 Raising an Exception
類(lèi)C++的語(yǔ)法：產(chǎn)生適當(dāng)?shù)漠惓⑿枰{(diào)用指定類(lèi)型的Raise()方法。
產(chǎn)生了一個(gè)DomainError類(lèi)型的異常并可附上相關(guān)信息“Cannot cope with this condition”，信息字符串是可選的。這個(gè)異常可以被捕捉DomainError類(lèi)型的Handler捕捉到：
正常使用異常處理：異常不能被當(dāng)作編程技巧來(lái)替代“goto”，但可作為防止方法被誤用的一種方法。
五、Plug-In管理
本段內(nèi)容請(qǐng)參考原文。
六、結(jié)論
本章內(nèi)容介紹了一些C++編程的知識(shí)及Open CASCADE對(duì)C++的包裝。其中，手柄編程是C++中常見(jiàn)的方法，這種引用計(jì)數(shù)的方式使內(nèi)存的管理更方便。
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Pudongxin Shanghai China
2012-8-23