什么是C++/CLI呢？C++當(dāng)然指的是Bjarne Stroustrup在BELL實(shí)驗(yàn)室發(fā)明的C++語言，它實(shí)現(xiàn)了運(yùn)行時取得速度和尺寸最佳化的靜態(tài)對象模型，然而它除了堆分配外不支持程序的動態(tài)修改，它準(zhǔn)許無限地接近底層設(shè)備，但在程序運(yùn)行過程中幾乎無法操作活動類型，也無法操作與程序相關(guān)聯(lián)的底層結(jié)構(gòu)。Herb Sutter，C++/CLI的主要構(gòu)造者之一，稱C++是一門“混凝土”式的語言。

　　CLI指的是通用語言結(jié)構(gòu)，一種支持動態(tài)組件編程模型的多重結(jié)構(gòu)，在許多情況下，這代表了一個與C++對象模型完全顛倒了的模式。一個時實(shí)的軟件層，有效地執(zhí)行系統(tǒng)，在底層操作系統(tǒng)與程序之間運(yùn)行。操作底層的設(shè)備受到一定的限制，操作執(zhí)行程序中的活動類型及與程序相關(guān)聯(lián)的下部結(jié)構(gòu)得到了支持。反斜杠（/）代表C++和CLI的捆綁，這個捆綁帶來的細(xì)節(jié)問題是本文主要討論的問題。

　　所以，“什么是C++/CLI”問題的最初、最接近答案是：它是靜態(tài)C++對象模型到CLI的動態(tài)組件對象編程模型的捆綁。簡而言之，它就是你如何用C++在.NET中編程，而不是C#或Visual Basic.NET。象C#和CLI本身一樣，C++/CLI正在ECMA（歐洲計(jì)算機(jī)制造商協(xié)會）主持下進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化，以最終符合ISO標(biāo)準(zhǔn)。

　　實(shí)時通用語言（CLR）是CLI的微軟版本，它非常適用于微軟的Windows操作系統(tǒng)，相似地，Visual C++2005是C++/CLI的實(shí)現(xiàn)。

　　作為第二個近似的答案，我認(rèn)為C++/CLI是.NET編程模式與C++的結(jié)合，正如以前將模板與C++結(jié)合起來產(chǎn)生的泛型編程。所有這種結(jié)合中，企業(yè)所擁有的C++的投資以及開發(fā)人員使用C++的經(jīng)驗(yàn)將得到保存，而這恰恰是使用C++/CLI進(jìn)行開發(fā)的重要基礎(chǔ)。

　　學(xué)習(xí)C++/CLI的方法

　　在設(shè)計(jì)C++/CLI語言中涉及三個方面問題，這同樣貫徹于所有的其他程序開發(fā)語言：一是語言級的語法向底層通用類型系統(tǒng)（簡稱CTS）的映射；二是向程序開發(fā)人員提供的CLI的底層細(xì)節(jié)結(jié)構(gòu)的級別選擇；三是超越CLI的直接支持，提供額外的功能性函數(shù)的選擇。

　　第一條對于所有的CLI語言來說都大致相同，第二條和第三條對于不同的CLI語言來說是不同的，相互區(qū)別的。根據(jù)你需要解決什么樣的問題，你將選擇這種或那種語言，也有可能混合使用多種CLI語言。學(xué)習(xí)C++/CLI涉及到了解它在設(shè)計(jì)過程中的所有這些涉及方面。

　　從C++/CLI到CTS的映射？

　　使用C++/CLI編程時間了解底層的CTS非常重要。CTS包括以下三種常用類的類型：
　　1、多態(tài)引用類型，這正是對于所有繼承類所要使用的。
　　2、非多態(tài)值類型，這用于實(shí)時高效的具體類型，例如數(shù)值類型。
　　3、抽象的接口類型，這用于定義一個操作集，也可以用于實(shí)現(xiàn)接口的引用或值類型集合。
　　這個設(shè)計(jì)方面的問題，即將CTS映射到語言內(nèi)建的數(shù)據(jù)類型集合，通常同樣貫穿于所有的CLI語言，雖然不同的CLI語言語法不同。所以，在C#中你可能這么寫：

abstract class Shape { ... } // C#

　　來定義了一個Shape基類，從該類將導(dǎo)出幾何對象，然而在C++/CLI你將這么寫：

ref class Shape abstract { ... }; // C++/CLI

　　上述代碼說明了底層的C++/CLI引用類型。這兩種聲明在內(nèi)層代表的意思是一樣的。相似地，在C#中你這么寫：

struct Point2D { ... } // C#

　　來定義一個具體的Point2D 類，然而在C++/CLI中這么寫：

value class Point2D { ... }; // C++/CLI

　　C++/CLI支持的類型集合代表了CTS與本地設(shè)備的綜合，這決定了你的語法選擇，例如：

class native {};
value class V {};
ref class R {};
interface class I {};

　　CTS也支持與本地列舉類型稍微不同的列舉類類型。當(dāng)然，對于上述兩者CTS是都支持的。例如：

enum native { fail, pass };
enum class CLIEnum : char { fail, pass};

　　相似地，CTS支持它本身的數(shù)組類型，并且它再一次將其與本地數(shù)組在行為上區(qū)分開來。同時，微軟再次為這兩種類型提供了支持。

int native[] = { 1,1,2,3,5,8 };
array<int>^ managed = { 1,1,2,3,5,8 };

　　那種認(rèn)為一種CLI語言比其他CLI語言在向底層的CTS映射中表現(xiàn)的更出色或更完美都是不確切的，相反，每種不同的CLI語言代表著對CTS底層對象模型的不同理解，在下一節(jié)你將更清楚地看到這一點(diǎn)。

　　CLI的細(xì)節(jié)

　　設(shè)計(jì)一個CLI語言時第二個必須要考慮的問題是將CLI的底層執(zhí)行模式融入到語言的細(xì)節(jié)級別。這種語言用于解決什么問題？這種語言是否有必須的工具來解決這些問題？這種語言可能吸引什么樣的程序開發(fā)人員？
　　例如，值類型存在于托管堆上，在很多情況下值類型可以看到它們自身的存在。
　　1、通過隱含的加箱操作，當(dāng)一個值類型的實(shí)例被分配給一個對象或當(dāng)一個虛擬的方法通過一個值類型來調(diào)用；
　　2、當(dāng)這個值類型被當(dāng)作應(yīng)用引用類類型的成員時；
　　3、當(dāng)這個值類型 被當(dāng)作CLI數(shù)組成員時；
　　需要指出的是，這種情況下開發(fā)人員是否被允許操作值類型的地址是CLI語言設(shè)計(jì)時必須應(yīng)該予以考慮的問題。

　　存在的問題

　　在垃圾收集器掃描緊縮狀態(tài)下，位于托管堆上的任何對象非常可能面對重新定位問題。指向?qū)ο蟮闹羔樋梢詫?shí)時跟蹤并修改。開發(fā)人員不能自己手動跟蹤，所以，如果你獲許取得一個可能位于托管堆上的值類型的地址時，除了本地指針外，還需要有一個跟蹤形態(tài)的指針。

　　銷售商考慮的是什么？那就是需要簡單和安全，在語言中直接提供跟蹤一個對象或集合的指針使語言復(fù)雜化，沒有這種支持，將減少復(fù)雜程度，可資利用的、潛在的程序開發(fā)人群可能會增加，此外，準(zhǔn)許程序開發(fā)人員操作生命短暫的值類型，增加了錯誤產(chǎn)生的可能性，程序開發(fā)人員可能有意無意地對內(nèi)存進(jìn)行錯誤操作，不支持跟蹤指針，一個潛在的更安全地實(shí)時環(huán)境產(chǎn)生了。

　　另一方面，效率和靈活性也是必須考慮的一個問題，每一次向同一個對象分配值類型時，一個全新的數(shù)值加箱操作發(fā)生了，準(zhǔn)許存取加箱值類型允許在內(nèi)存中進(jìn)行更新，這可能在性能上產(chǎn)生了一個非常巨大的進(jìn)步。沒有跟蹤形態(tài)的指針，你無法用指針?biāo)惴ㄖ匦侣暶饕粋€CLI數(shù)組，這意味著CLI數(shù)組不能使用標(biāo)準(zhǔn)模板庫進(jìn)行重新聲明，也不能使用一般的算法。準(zhǔn)許操作加箱數(shù)值使設(shè)計(jì)具有更大地靈活性。

　　微軟在C++/CLI中選擇地址集合模式來處理托管堆上的值類型。

int ival = 1024;
int^ boxedi = ival;
array<int>^ ia = gcnew array<int>{1,1,2,3,5,8};
interior_ptr<int> begin = &ia[0];
value struct smallInt { int m_ival; ... } si;
pin_ptr<int> ppi = &si.m_ival;

　　典型地C++/CLI開發(fā)人員是一個復(fù)雜的系統(tǒng)程序員，承擔(dān)著提供下層內(nèi)部構(gòu)造和有組織的應(yīng)用程序的任務(wù)，而這些恰恰是未來商業(yè)發(fā)展的基礎(chǔ)。C++/CLI開發(fā)人員必須兼顧可測量性和可執(zhí)行性，所以必須在系統(tǒng)的高度級上來看待CLI下層結(jié)構(gòu)。CLI細(xì)節(jié)水平反映了開發(fā)人員的臉色。

　　復(fù)雜性本身并不代表對質(zhì)量的否定，人類比單細(xì)胞細(xì)菌復(fù)雜的多，這當(dāng)然不是一件壞事，然而，當(dāng)表達(dá)一個簡單的概念變的復(fù)雜化后，這常常被認(rèn)為是一件壞事。在C++/CLI中，CLI開發(fā)團(tuán)隊(duì)已經(jīng)試著提供一種精巧的方法來表達(dá)方式一個復(fù)雜的事情。

　　額外增加的功能

　　第三個設(shè)計(jì)方面是特定功能性的語言層，它遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過CLI所提供的直接支持，雖然這可能需要在語言層支持和CLI底層執(zhí)行模式間建立一個映射。但在某些情況下，這恰恰是不可能的，因?yàn)檎Z言無法調(diào)節(jié)CLI的行為。這種情況的例子就是在基類的構(gòu)造及析構(gòu)函數(shù)中定義虛函數(shù)。根據(jù)ISO-C++在這種情況下的語言學(xué)，需要用每一個基類的構(gòu)造和虛構(gòu)函數(shù)重新設(shè)置虛擬表，而這是不可能的，因?yàn)樘摂M表句柄是實(shí)時管理的，而不是某一個語言來管理。

　　所以，這個設(shè)計(jì)方面是在完美性和可行性之間的妥協(xié)產(chǎn)物，C++/CLI提供的額外功能主要表現(xiàn)在三個方面：

　　1、獲取資源的一種形式是對于引用類型的初始化，此外，提供一種自動化工具，用于占用較少資源、所謂的可確定性自動消亡的垃圾收集類型對象。
　　2、一種深度拷貝形式的語法與C++拷貝構(gòu)造函數(shù)和拷貝分配操作符相一致，但其并不適用與值類型。
　　3、除了最初的一般性CLI機(jī)制外，還有對于CTS類型的C++模板直接支持。這些是我第一篇文章中討論的主題。此外，還提供了針對CLI類型的可校驗(yàn)STL版本。

　　讓我們來看一個簡單的例子，一個確定性消亡問題。在垃圾搜集器重新聲明一塊與對象相關(guān)聯(lián)的內(nèi)存之前，一個相關(guān)的消亡方法，如果存在的話，將被調(diào)用。你可以認(rèn)為這種方法是超級析構(gòu)函數(shù)，因?yàn)樗c對象的程序生命期無關(guān)。這就叫做終結(jié)。終結(jié)函數(shù)是否調(diào)用以及什么時間調(diào)用都沒有明確規(guī)定，這就是垃圾收集器的非確定性終結(jié)。

　　在動態(tài)內(nèi)存管理的情況下，非確定性終結(jié)工作非常好，當(dāng)可用內(nèi)存變的越來越少時，垃圾收集器介入并開始著手解決問題。然而，非決定性終結(jié)也有工作不好的時候，當(dāng)一個對象維護(hù)一個重要資源，例如一個數(shù)據(jù)庫連接、鎖定某些類別、或者可能是本地的堆內(nèi)存。在這種情況下，只要是不需要，應(yīng)立即釋放資源。目前CLI所支持的解決問題的方法是，對于一個類通過執(zhí)行IDisposable接口提供的Dispose方法釋放資源。這里的問題是執(zhí)行Dispose方法需要一個清晰的聲明，所以它也就不可能存在調(diào)用。

　　最基本的C++中的設(shè)計(jì)模式是上述的通過初始化來獲取資源，這意味著類使用構(gòu)造函數(shù)來獲取資源，相反，類使用析構(gòu)函數(shù)來釋放資源。這些行為由類對象在生存期內(nèi)自動管理。

　　下面是引用類釋放資源時所做的順序動作：
　　1、 首先使用析構(gòu)函數(shù)來封裝所有與釋放類有關(guān)的資源時所必須的代碼；
　　2、 析構(gòu)函數(shù)自動調(diào)用后，結(jié)束類對象的生命期。

　　對于引用類型來說，CLI沒有類析構(gòu)函數(shù)的概念，所以析構(gòu)函數(shù)不得不映射為在底層執(zhí)行的其它代碼。此時，在內(nèi)部，編譯器執(zhí)行以下操作：
　　1、 類讓其基類列表繼承自IDisposable接口；
　　2、 析構(gòu)函數(shù)轉(zhuǎn)換成IDisposable的Dispose方法。

　　以上實(shí)現(xiàn)了目標(biāo)的一半，一種實(shí)現(xiàn)析構(gòu)造函數(shù)自動調(diào)用的方法仍然需要，對于引用類型，一種特殊的基于棧的符號得到支持，也就是說，一個對象的生命期與它的聲明范圍有關(guān)。在內(nèi)部，編譯器將符號轉(zhuǎn)換為在托管堆上分配引用對象。隨著作用域的終結(jié)，編譯器插入一個Dispose方法-用戶定義的析構(gòu)函數(shù)。與對象有關(guān)的內(nèi)存的收回在垃圾收集器的控制下得到執(zhí)行。

　　C++/CLI并不是將C++拓展到一個托管的世界，更確切的說，它代表一個完全綜合的范例，某種程度上就象當(dāng)初將泛編程模式和多重繼承綜合進(jìn)該語言一樣。我認(rèn)為C++/CLI開發(fā)小組做了一項(xiàng)非常卓有成效的工作。

　　小結(jié)

　　C++/CLI代表托管和本地編程的結(jié)合。在反復(fù)過程中，這種綜合已經(jīng)通過源級相對獨(dú)立但又相互平等地組件和二進(jìn)制元素得到了完成，包括混合模式（本地和CTS類型的源級混合，還有一個本地及CLI對象文件的二進(jìn)制混合），純模式（本地和CTS類型的源代碼級混合，所有的都被編譯為CLI對象文件），本地分類（可以通過一個特定的打包類來保持CTS類型），和CTS分類（可以保持本地類型為指針）。

　　當(dāng)然，C++/CLI開發(fā)人員也可以單獨(dú)使用CLI類型來編程，并通過這種方式來提供伺服狀態(tài)下的可校驗(yàn)代碼，例如可以作為SQL Server2005的一個SQL存儲過程。

　　現(xiàn)在，還是回到這個問題上來，什么是C++/CLI？它是進(jìn)行.NET編程模式的最佳切入點(diǎn)。對于C++/CLI，有一個來自C++的遷移路徑，它不僅包含C++的底層基礎(chǔ)，而且也需要C++編程經(jīng)驗(yàn)，對于這些，我感到非常滿意。

C++/CLI（CLI:Common Language Infrastructure）是一門用來代替C++托管擴(kuò)展（下文使用MC++指代）新的語言規(guī)范。重新簡化了C++托管擴(kuò)展的語法，提供了更好的代碼可讀性。和微軟.NET的其他語言一樣，微軟向ECMA提交了C++/CLI的標(biāo)準(zhǔn)。C++/CLI現(xiàn)在可以在Visual C++ 2005上開發(fā)。C++/CLI的部分特性已經(jīng)申請了專利。

1 語法改變

C++/CLI是一門獨(dú)立的語言（比如新的關(guān)鍵字），而不是像C++托管擴(kuò)展一樣是C++的超集 (C++托管擴(kuò)展有一些不標(biāo)志的關(guān)鍵字如__gc和__value)。所以，C++/CLI對于這些語法有較大的改變，尤其是去除了一些意義不明確的關(guān)鍵字，增加了一些.NET的特性.

很多不一致的語法，像MC++的不同版本用法的操作符new()被區(qū)分開：在C++/CLI，.NET引用類型的創(chuàng)建要使用新的關(guān)鍵字gcnew。并且C++/CLI增加了新的泛型概念（與C++ templates相似，但還是有很大的區(qū)別）。

1.1 句柄(Handle)

回到MC++，有兩類指針: 用__nogc標(biāo)識的指針是傳統(tǒng)意義上的C++指針，而用__gc標(biāo)識的指針為.NET中的引用。但在C++/CLI里，唯一的指針就是傳統(tǒng)意義上的C++指針，而.NET引用類型使用一個“句柄”來獲取，使用新的語法“類名^”代替了MC++的“類名*”。新的句法使得托管和非托管代碼混合開發(fā)更加方便；它指明了對象將會被垃圾回收器自動銷毀還是手動銷毀。

范例代碼:

// C++托管擴(kuò)展
#using <mscorlib.dll>
using namespace System::Collections;
__gc class referencetype
{
protected:
String* stringVar;
int intArr __gc[];
ArrayList* doubleList;
public:
referencetype(String* str，int* pointer，int number) // 哪個是托管的?
{
doubleList = new ArrayList();
System::Console::WriteLine(str->Trim() + number.ToString());
}
};

// C++/CLI
#using <mscorlib.dll>
using namespace System::Collections::Generic;
ref class referencetype
{
protected:
String^ stringVar;
array<int> intArr;
List<double>^ doubleList;
public:
referencetype(String^ str，int* pointer，int number) // 不會再分不清了吧?
{
doubleList = gcnew List<double>();
System::Console::WriteLine(str->Trim() + number);
}
};

1.2 跟蹤引用(Tracking reference)

C++/CLI里的一個“跟蹤引用”也是一個句柄，但它是傳地址而不是傳值。等同于在C#中加了“ref”關(guān)鍵字，或Visual Basic .NET的“ByRef”。C++/CLI使用“^%”語法來定義一個跟蹤引用。與傳統(tǒng)C++中的“*&”語法相似。

下面的示例了“跟蹤引用”的使用。如果把“^%”改成“^”（也就是使用普通的句柄），10個字符串將不會被修改，而只會生成那些字符串的副本，這些都是因?yàn)槟切┮靡呀?jīng)不是傳地址而是傳值。

int main()
{
array<String^>^ arr = gcnew array<String^>(10);
int i = 0;

for each(String^% s in arr)
s = gcnew String(i++.ToString());

return 0;
}

上面的代碼示例了用戶如何用C++/CLI做一些其他.NET語言不能做的事情，比如C#就不允許在foreach循環(huán)中這樣做。例如foreach(ref string s in arr)在C#中是非法的。


1.3 析構(gòu)(Finalizer/Destructor)

C++/CLI的另一個變化就是使用“!類名()”來聲明一個托管類型的“析構(gòu)方法”（在垃圾回收器回收對象之前的不確定的時間由CLR調(diào)用），而原來的“~類名()”是用來定義“傳統(tǒng)的析構(gòu)函數(shù)”（能被用戶自己調(diào)用）。另外，下面的例子說明了如何在C++/CLI中托管對象如何自動調(diào)用“傳統(tǒng)析構(gòu)函數(shù)”。

在一個典型的.NET程序中（例如直接使用CIL）編程，可以由用戶自己調(diào)用的“析構(gòu)方法”是用實(shí)現(xiàn)IDisposable接口，通過編寫Dispose方法來實(shí)現(xiàn)顯式釋放資源；而不確定的“析構(gòu)方法”是通過重載Finalize函數(shù)來實(shí)現(xiàn)的。

// C++/CLI
ref class MyClass // :IDisposable (編譯器自動實(shí)現(xiàn)IDisposable接口)
{
public:
MyClass(); // 構(gòu)造函數(shù)
~MyClass(); // (確定的) 析構(gòu)函數(shù) (編譯器使用IDisposable.Dispose來實(shí)現(xiàn))
protected:
!MyClass(); // 析構(gòu)方法 (不確定的) (編譯器通過重載virtual void Finalize來實(shí)現(xiàn))
public:
static void Test()
{
MyClass auto; // 這不是個句柄，它將調(diào)用MyClass的默認(rèn)構(gòu)造函數(shù)
// 使用auto對象
// 函數(shù)返回前自動調(diào)用auto的析構(gòu)函數(shù)(IDisposable.Dispose，由~MyClass()定義)來釋放資源
// 以上代碼等效于:
MyClass^ user = gcnew MyClass();
try { /* 使用auto對象 */ }
finally { delete user; /* 由編譯器調(diào)用auto.Dispose() */ }
}
};

// C#
class MyClass : IDisposable
{
public MyClass() {} // 構(gòu)造函數(shù)
~MyClass() {} // 析構(gòu)方法 (不確定的) (編譯器通過重載virtual void Finalize來實(shí)現(xiàn))，與C++/CLI的!MyClass()等效
public void Dispose() {} // Dispose方法
public static void Test()
{
using(MyClass auto = new MyClass())
{ /* 使用auto對象 */ }
// 因?yàn)槭褂昧藆sing句法，編譯器自動調(diào)用auto.Dispose()
// 以上代碼等效于:
MyClass user = new MyClass();
try { /* 使用user對象 */ }
finally { user.Dispose(); }
}
}