Open CASCADE Foundation Classes – Basics

Open CASCADE 基礎庫之基本功能

eryar@163.com

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)類型 Data Types

1．1 基本類型 Primitive Types

基本類型是由語言定義的且他們是由值控制的。有些基本類型從類Storable繼承而來。這就意味著他們可以在持久性對象中使用，或者被包含在對象的方法中，或者作為對象內(nèi)部的一部分。由類Standard_Storable派生的類有：

l Boolean: 用來表示邏輯數(shù)據(jù)。只有兩種狀態(tài)：Standard_True和Standard_False;

l Character: 用來表示任意ASCII字符；

l ExtCharacter: 用來表示字符的擴展；

l Integer: 用來表示整數(shù)；

l Real: 用來表示實數(shù)；

l ShortReal: 用來表示實數(shù)的另一種選擇，精度要低；

也有非存儲類型，如：

l CString:

l ExtString:

l Address:

下表所示為Open CASCADE中基本類型與C++中基本類型對應表：

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

使用上述基本類型的注意事項：

具體請參考《Open CASCADE Foundation Classes User's Guide》；

1．2 由值控制的類型

由值控制的變量類型分為三類：

l 基本類型；

l 枚舉類型；

l 不是由類Standard_Persistent直接或間接派生的類；

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 由引用控制的類型

由手柄控制的變量分為兩類：

l 由類Persistent派生的類，這種類可以保存到文件；

l 由類Transient派生的類；

1．4 屬性的結論

二、手柄編程 Programming with Handles

2．1 手柄定義 Handle Definition

手柄與C++的指針(pointer)類似。幾個手柄可以引用同一個對象，同樣地，一個手柄也可以引用了幾個對象，但是一次只能是一個對象。為了訪問引用的對象，必須先解除引用(de-referenced)，就像使用C++的指針一樣。臨時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。引用非持久性對象的手柄稱為不可存儲手柄。因此，持久性對象不能包含不可存儲手柄。

類的組織：使用手柄的類的對象可以是持久的也可是臨時的。從類Standard_Transient繼承的類的實例是臨時的，而從類Standard_Persistent繼承的類的實例是持久的。本章只討論臨時類及其相關的手柄。持久類及其相關的手柄的組織與此類似。

類Standard_Transient是Open CASCADE中由手柄控制的類層次結構中的基類。它有引用計數(shù)部分，所有的子類都繼承此部分。當使用Handle()類時，就可知引手柄引用實例的數(shù)量。

直接或間接由類Transient派生的類，CDL extractor將創(chuàng)建類的相應的手柄Handle()，類名是相同的，只是在類名前加上了“Handle_*”。Open CASCADE提供預處理器的宏定義Handle()，用來產(chǎn)生相應類的帶手柄的類。

使用手柄：在對臨時對象執(zhí)行任何操作之前，你必須聲明手柄。如：若點(Point)和線(Line)是從包Geom中定義的兩個臨時對象，代碼如下：

聲明手柄創(chuàng)建了一個未指向任何對象的空手柄。手柄可以通過其方法IsNull()來驗證。使用手柄無效，可使用方法Nullify()。

只要類型兼容，既可以從創(chuàng)建新的對象或通過賦值來初始化手柄。手柄僅用于共享的對象。對于所有的本地操作，建議使用由值控制的類。

2．2 類型管理 Type Management

Open CASCADE提供一種描述數(shù)據(jù)類型層次的通用方式，并且可以運行時檢查對象類型，與C++的RTTI類似。對于從類Standard_Transient繼承的每個類，CDL extractor從類Standard_Type創(chuàng)建代碼。由類Standard_Transient派生的類的虛函數(shù)DynamicType()返回一個實例。通過虛函數(shù)IsKind()來檢查給定的對象是不是指定的類型。

2．3 使用手柄創(chuàng)建對象 Using Handles to Create Objects

創(chuàng)建由手柄控制的對象，聲明手柄并使用標準C++的new操作符，緊隨其后調(diào)用構造函數(shù)。

與指針不同的是，手柄不需要delete。因為當手柄引用的對象為零時，對象將會被自動釋放。

2．4 方法調(diào)用 Invoking Methods

當你使用手柄的時候，就跟使用C++的指針一樣。調(diào)用手柄引用對象的方法使用操作符->。檢查或修改手柄的狀態(tài)，通過操作符點.來實現(xiàn)。下例所示為訪問一個點對象的坐標：

下例所示為如何檢查笛卡爾坐標點的類型：

當調(diào)用一個空Null手柄時，NullObject異常將會產(chǎn)生。

調(diào)用類方法：類方法就是C++類中的靜態(tài)函數(shù)。即用類名加上“::”和方法名來調(diào)用。

2．5 手柄釋放 Handle De-allocation

在刪除一個對象之前，必須其沒有被引用。為了減少管理對象生命周期的編程工作量，Open CASCADE中對象的刪除函數(shù)是由手柄控制類的引用計數(shù)(reference counter)來確保。手柄就是用來管理引用計數(shù)，當對象不再引用時將會調(diào)用delete將其刪除。當是Standard_Transient的子類時，通常不需要直接使用delete操作符。當對相同的對象使用new時，引用計數(shù)將會增加。當手柄被銷毀、置為空或重新賦值，引用計數(shù)將會減少。當引用計數(shù)為0時對象將會自動調(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)容請參考原文。

2．6 不使用CDL創(chuàng)建類 Creating Transient Classes without CDL

盡管可用CDL extractor生成手柄類及其相關C++代碼，然而也可不用CDL管理手柄。為此，在文件Standard_DefineHandle.hxx中提供了幾個宏定義：

DECLARE_STANDARD_HANDLE(class_name, ancestor_name) 這個宏定義了以class_name為類名并繼承類ancestor_name的手柄類。這個宏必須放在頭文件中，且基類必須是可用的。

IMPLEMENT_STANDARD_HANDLE(class_name, ancestor_name) 這個宏實現(xiàn)了轉換方法DownCast()，應該在C++文件中使用。

DEFINE_STANDARD_RTTI(class_name) 這個宏聲明方法需要RTTI支持，應該在類的public中使用。

IMPLEMENT_STANDARD_RTTIEXT(class_name, ancestor_name) 實現(xiàn)上面的方法。

注：在使用這些宏的時候，必須確保參數(shù)的正確性，特別是父類的名字。否則定義將會不正確，且編譯也不會報錯。

三、內(nèi)存管理 Memory Management in Open CASCADE

在幾何建模的過程中，程序創(chuàng)建和刪除相當數(shù)量的C++對象在動態(tài)內(nèi)存中，也就是堆中(heap)。在這種情況下，標準函數(shù)管理內(nèi)存的性能可能不足夠。所以，Open CASCADE在標準包中實現(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，類的操作符new()和delete()已經(jīng)定義了在申請內(nèi)存時使用Standard::Allocate()并在釋放時使用Standard::Free()。所以，類所有的對象的內(nèi)存都將由Open CASCADE的內(nèi)存管理器來管理。

CDL extractor為所有的類定義了new()和delete()。所以，所有的Open CASCADE的類（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，所有從Standard_Transient類派生的類都是由內(nèi)存管理器管理。

注：若重載了部分從Standard_Transient類派生類的new()和delete()，盡管不推薦這樣做，方法Delete()必須重定義，以便對這樣的指針使用delete操作。這將確保合適的delete()函數(shù)將會被調(diào)用，即使是由手柄控制的對象。

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不同的內(nèi)存區(qū)域使用不同的優(yōu)化技術，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 實現(xiàn)細節(jié) Implementation details

本段內(nèi)容請參考原文。

四、異常處理 Exception Handling

異常處理提供了一種從指定點轉換到其他點的一種方法。一個方法可能會產(chǎn)生一個異常，將程序從正常執(zhí)行處轉換到捕捉異常處。Open CASCADE提供了異常類的層次，其基類是包Standard中的Standard_Failure。CDL extractor使用標準接口生成異常類。

Open CASCADE也提供將系統(tǒng)信號的轉換成異常的支持，如數(shù)除0這樣所有的情況都可以用安全、統(tǒng)一的方法來處理了。但是為了支持不同的平臺，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C++的語法：產(chǎn)生適當?shù)漠惓⑿枰{(diào)用指定類型的Raise()方法。

產(chǎn)生了一個DomainError類型的異常并可附上相關信息“Cannot cope with this condition”，信息字符串是可選的。這個異常可以被捕捉DomainError類型的Handler捕捉到：

正常使用異常處理：異常不能被當作編程技巧來替代“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)容請參考原文。

六、結論

本章內(nèi)容介紹了一些C++編程的知識及Open CASCADE對C++的包裝。其中，手柄編程是C++中常見的方法，這種引用計數(shù)的方式使內(nèi)存的管理更方便。

eryar@163.com

Pudongxin Shanghai China

2012-8-23