Open CASCADE Foundation Classes &ndash; Basics

本章主要介绍Open CASCADE的基本功能，如内存管理(memory management)、手柄编程(programming with handles)、基本类型(primitive types)、异常处理(exception handling)、泛型编程(genericity by downcasting)、Plug-in的创建等……

一、数据类型 Data Types

1．1 基本类型 Primitive Types

基本类型是由语言定义的且他们是由值控制的。有些基本类型从类Storable继承而来。这就意味着他们可以在持久性对象中使用，或者被包含在对象的方法中，或者作为对象内部的一部分。由类Standard_Storable派生的类有：

l Boolean: 用来表示逻辑数据。只有两种状态：Standard_True和Standard_False;

l Character: 用来表示任意ASCII字符；

l ExtCharacter: 用来表示字符的扩展；

l Integer: 用来表示整数；

l Real: 用来表示实数；

l ShortReal: 用来表示实数的另一种选择，精度要低；

也有非存储类型，如：

l CString:

l ExtString:

l Address:

下表所示为Open CASCADE中基本类型与C++中基本类型对应表：

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

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具体请参考《Open CASCADE Foundation Classes User's Guide》；

1．2 由值控制的类型

由值控制的变量类型分为三类：

l 基本类型；

l 枚举类型；

l 不是由类Standard_Persistent直接或间接派生的类；

由值控制的变量比由手柄控制的变量更直接，更快，就是不能保存到文件。

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1．3 由引用控制的类型

由手柄控制的变量分为两类：

l 由类Persistent派生的类，这种类可以保存到文件；

l 由类Transient派生的类；

1．4 属性的结论

二、手柄编程 Programming with Handles

2．1 手柄定义 Handle Definition

手柄与C++的指针(pointer)类似。几个手柄可以引用同一个对象，同样地，一个手柄也可以引用了几个对象，但是一次只能是一个对象。为了访问引用的对象，必须先解除引用(de-referenced)，就像使用C++的指针一样。临时变量和持久变量既可以是由值控制的也可以是由手柄控制的。引用非持久性对象的手柄称为不可存储手柄。因此，持久性对象不能包含不可存储手柄。

类的组织：使用手柄的类的对象可以是持久的也可是临时的。从类Standard_Transient继承的类的实例是临时的，而从类Standard_Persistent继承的类的实例是持久的。本章只讨论临时类及其相关的手柄。持久类及其相关的手柄的组织与此类似。

类Standard_Transient是Open CASCADE中由手柄控制的类层次结构中的基类。它有引用计数部分，所有的子类都继承此部分。当使用Handle()类时，就可知引手柄引用实例的数量。

直接或间接由类Transient派生的类，CDL extractor将创建类的相应的手柄Handle()，类名是相同的，只是在类名前加上了“Handle_*”。Open CASCADE提供预处理器的宏定义Handle()，用来产生相应类的带手柄的类。

使用手柄：在对临时对象执行任何操作之前，你必须声明手柄。如：若点(Point)和线(Line)是从包Geom中定义的两个临时对象，代码如下：

声明手柄创建了一个未指向任何对象的空手柄。手柄可以通过其方法IsNull()来验证。使用手柄无效，可使用方法Nullify()。

只要类型兼容，既可以从创建新的对象或通过赋值来初始化手柄。手柄仅用于共享的对象。对于所有的本地操作，建议使用由值控制的类。

2．2 类型管理 Type Management

Open CASCADE提供一种描述数据类型层次的通用方式，并且可以运行时检查对象类型，与C++的RTTI类似。对于从类Standard_Transient继承的每个类，CDL extractor从类Standard_Type创建代码。由类Standard_Transient派生的类的虚函数DynamicType()返回一个实例。通过虚函数IsKind()来检查给定的对象是不是指定的类型。

2．3 使用手柄创建对象 Using Handles to Create Objects

创建由手柄控制的对象，声明手柄并使用标准C++的new操作符，紧随其后调用构造函数。

与指针不同的是，手柄不需要delete。因为当手柄引用的对象为零时，对象将会被自动释放。

2．4 方法调用 Invoking Methods

当你使用手柄的时候，就跟使用C++的指针一样。调用手柄引用对象的方法使用操作符->。检查或修改手柄的状态，通过操作符点.来实现。下例所示为访问一个点对象的坐标：

下例所示为如何检查笛卡尔坐标点的类型：

当调用一个空Null手柄时，NullObject异常将会产生。

调用类方法：类方法就是C++类中的静态函数。即用类名加上“::”和方法名来调用。

2．5 手柄释放 Handle De-allocation

在删除一个对象之前，必须其没有被引用。为了减少管理对象生命周期的编程工作量，Open CASCADE中对象的删除函数是由手柄控制类的引用计数(reference counter)来确保。手柄就是用来管理引用计数，当对象不再引用时将会调用delete将其删除。当是Standard_Transient的子类时，通常不需要直接使用delete操作符。当对相同的对象使用new时，引用计数将会增加。当手柄被销毁、置为空或重新赋值，引用计数将会减少。当引用计数为0时对象将会自动调用delete操作符。内存分配的原理如下所示：

Cycles

本段内容不清楚，具体内容请参考原文。

2．6 不使用CDL创建类 Creating Transient Classes without CDL

尽管可用CDL extractor生成手柄类及其相关C++代码，然而也可不用CDL管理手柄。为此，在文件Standard_DefineHandle.hxx中提供了几个宏定义：

DECLARE_STANDARD_HANDLE(class_name, ancestor_name) 这个宏定义了以class_name为类名并继承类ancestor_name的手柄类。这个宏必须放在头文件中，且基类必须是可用的。

IMPLEMENT_STANDARD_HANDLE(class_name, ancestor_name) 这个宏实现了转换方法DownCast()，应该在C++文件中使用。

DEFINE_STANDARD_RTTI(class_name) 这个宏声明方法需要RTTI支持，应该在类的public中使用。

IMPLEMENT_STANDARD_RTTIEXT(class_name, ancestor_name) 实现上面的方法。

注：在使用这些宏的时候，必须确保参数的正确性，特别是父类的名字。否则定义将会不正确，且编译也不会报错。

三、内存管理 Memory Management in Open CASCADE

在几何建模的过程中，程序创建和删除相当数量的C++对象在动态内存中，也就是堆中(heap)。在这种情况下，标准函数管理内存的性能可能不足够。所以，Open CASCADE在标准包中实现了内存的管理。

3．1 用法 Usage

使用Open CASCADE内存管理只需要在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，类的操作符new()和delete()已经定义了在申请内存时使用Standard::Allocate()并在释放时使用Standard::Free()。所以，类所有的对象的内存都将由Open CASCADE的内存管理器来管理。

CDL extractor为所有的类定义了new()和delete()。所以，所有的Open CASCADE的类（小部分除外）都使用Open CASCADE的内存管理器。

由于操作符new()和delete()被继承，所以，所有从Open CASCADE派生的类，所有从Standard_Transient类派生的类都是由内存管理器管理。

注：若重载了部分从Standard_Transient类派生类的new()和delete()，尽管不推荐这样做，方法Delete()必须重定义，以便对这样的指针使用delete操作。这将确保合适的delete()函数将会被调用，即使是由手柄控制的对象。

3．2 配置内存管理器 Configuring Memory Manager

Open CASCADE内存管理器可以被配置以便对不同的内存区域使用不同的优化技术，或者根本不使用任何优化而直接使用C的malloc()和free()函数。配置方法为修改环境变量的值：

l MMGT_OPT：

l MMGT_CLEAR：

l MMGT_CELLSIZE:

l MMGT_NBPAGES:

l MMGT_THRESHOLD:

l MMGT_REENTRANT:

3．3 实现细节 Implementation details

本段内容请参考原文。

四、异常处理 Exception Handling

异常处理提供了一种从指定点转换到其他点的一种方法。一个方法可能会产生一个异常，将程序从正常执行处转换到捕捉异常处。Open CASCADE提供了异常类的层次，其基类是包Standard中的Standard_Failure。CDL extractor使用标准接口生成异常类。

Open CASCADE也提供将系统信号的转换成异常的支持，如数除0这样所有的情况都可以用安全、统一的方法来处理了。但是为了支持不同的平台，也使用了一些特殊的方法。

如下内容为在Open CASCADE中使用异常处理的推荐方法。

4．1 产生异常 Raising an Exception

类C++的语法：产生适当的异常将需要调用指定类型的Raise()方法。

产生了一个DomainError类型的异常并可附上相关信息“Cannot cope with this condition”，信息字符串是可选的。这个异常可以被捕捉DomainError类型的Handler捕捉到：

正常使用异常处理：异常不能被当作编程技巧来替代“goto”，但可作为防止方法被误用的一种方法。

五、Plug-In管理

六、结论

本章内容介绍了一些C++编程的知识及Open CASCADE对C++的包装。其中，手柄编程是C++中常见的方法，这种引用计数的方式使内存的管理更方便。

<a href="mailto:[email protected]">eryar@163.com</a>

Pudongxin Shanghai China

2012-8-23

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