用STL设计消息队列、优先级消息队列、资源分配管理器

          STL库老早已经成为C++的一部分，在使用C++开发项目的过程中，很多人还在犹豫要不要使用STL库，觉得STL库很难，其实不然。我工作的项目中现在大量使用STL库，STL使用调试简单，高效，可以减少很多重复的代码。

       本文的主要目的是使用STL的queue 和 priority queue来阐述下项目中经常使用的消息队列以及资源分配模式。本文的例子主要如下：

消息队列

带优先级的消息队列

资源分配管理器

STL容器

我们将使用下面的容器来实现本文的例子:

queue	队列容器支持添加一个元素，并且从中删除一个元素，也可以变成一个双端队列
priority_queue	向队尾添加一个新元素，如果该优先权大于前面的元素，将放在前面，元素的优先权由用户指定的函数传入。
stack	有后进先出的特点，可以选择选择vetctor或其他线性列表放入容器。

    

 

1.消息队列

    消息队列是项目中经常需要使用的模式，下面使用STL的queue容器实现：

  

#include <queue>     // STL header file for queue
#include <list>
using namespace std; // Specify that we are using the std namespace

class Message;

class Message_Queue
{
   typedef queue<Message *, list<Message *> > MsgQueType;

   MsgQueType m_msgQueue;
      
public:
   void Add(Message *pMsg)
   {
      // Insert the element at the end of the queue
      m_msgQueue.push(pMsg);
   }

   Message *Remove()
   {
      Message *pMsg = NULL;
      
      // Check if the message queue is not empty
      if (!m_msgQueue.empty())
      {
         // Queue is not empty so get a pointer to the
         // first message in the queue
         pMsg = m_msgQueue.front();
         
         // Now remove the pointer from the message queue
         m_msgQueue.pop();
      }
      return pMsg;
   }
   
   int GetLength() const
   {
      return m_msgQueue.size();
   }   
};

 

2.优先级消息队列

      上面的消息队列类只支持在队列的尾部添加一个元素，在许多的应用程序中，需要根据消息的优先级将消息添加到队列中，当一个高优先级的消息来了，需要将该消息添加到所有比它优先级低的消息前面，下面将使用priority_queue来实现优先级消息队列类。

    

函数对象(Functors)

优先级消息队列的实现和上面消息队列实现相似，唯一不同的是这里使用了函数对象来决定优先权CompareMessages，该结构重载了操作符"(,)"，该机制可以实现可以将一个函数作为一个参数，和函数指针对比有如下好处：

       1.函数对象效率更高，可以是内联函数，函数指针总是有函数调用的开销。

        2.函数对象提供了一个安全的实现方法，这样的实现不会出现空指针访问。

#include <queue>      // STL header file for queue
#include <list>
using namespace std;  // Specify that we are using the std namespace

class Message;

class Priority_Message_Queue
{
    struct Entry
    {
        Message *pMsg;
        int priority;
    };
   
    struct Compare_Messages
    {
        bool operator () (const Entry& left , const Entry& right)
        {
            return (left.priority < right.priority);
        }
    };  
 
   typedef priority_queue<Entry, vector<Entry>, Compare_Messages  > 
             Message_Queue_Type;

   Message_Queue_Type m_message_Queue;
      
public:

   void Add(Message *pMsg, int priority)
   {
      // Make an entry
      Entry entry;
      entry.pMsg = pMsg;
      entry.priority = priority;
      // Insert the element according to its priority
      m_message_Queue.push(entry);
   }
   
   Message *Remove()
   {
      Message *pMsg = NULL;
      
      // Check if the message queue is not empty
      if (!m_message_Queue.empty())
      {
         // Queue is not empty so get a pointer to the
         // first message in the queue
         pMsg = (m_message_Queue.top()).pMsg;
         
         // Now remove the pointer from the message queue
         m_message_Queue.pop();
      }
      return (pMsg);
   }
   
   size_t Get_Length() const
   {
      return m_message_Queue.size();
   }   
};

     

3.资源分配管理器

这里使用queue 和 stack两个容器来实现一个简单的资源分配器，用该容器来保存空闲的资源列表。

该资源分配器支持如下接口:

       1.Construction:当这个资源分配器构造出来，需要给定空闲的资源列表，这些资源将添加到这个空闲资源列表。

       2.Allocate:当需要一个资源时，需要从空闲资源队列中移除一个资源，并返回给调用者。

      3.Free:当一个资源被释放，需要将该资源加入空闲资源列表。

      4.GetFreeResourceCount：返回当前可用的资源数目。

Coldest First(使用queue)

#include <queue>      // STL header file for queue
#include <list>
using namespace std;  // Specify that we are using the std namespace

class Resource;

class Cold_Resource_Allocator
{
   typedef queue<Resource *, list<Resource *> > Free_Queue_Type;

   Free_Queue_Type m_free_Resource_Queue;
      
public:
   
   Cold_Resource_Allocator(int resource_Count, 
                             Resource *resource_Array[])
   {
      for (int i = 0; i < resource_Count; i++)
      {
         m_free_Resource_Queue.push(resource_Array[i]);
      }
   }
 
   Resource * Allocate()
   {
      Resource *pResource = NULL;
      
      // Check if any free resources are available.
      if (!m_free_Resource_Queue.empty())
      {
         // Queue is not empty so get a pointer to the
         // first resource in the queue
         pResource = m_free_Resource_Queue.front();
         
         // Now remove the pointer from the free resource queue
         m_free_Resource_Queue.pop();
      }
      return pResource;
   }
   
   void Free(Resource *pResource)
   {
      // Insert the resource at the end of the free queue
      m_free_Resource_Queue.push(pResource);
   }
      
   size_t GetFreeResourceCount()
   {
      return m_free_Resource_Queue.size();
   }   
};

 

Hottest First(使用statck)

#include <stack>     // STL header file for stack
#include <deque>
using namespace std; // Specify that we are using the std namespace

class Resource;

class Hot_Resource_Allocator
{

   typedef stack <Resource *, deque <Resource *> > 
             Free_Stack_Type;

   Free_Stack_Type m_free_Resource_Stack;
      
public:
   
   Hot_Resource_Allocator(int resource_Count, 
                            Resource *resource_Array[])
   {
      for (int i = 0; i < resource_Count; i++)
      {
         m_free_Resource_Stack.push(resource_Array[i]);
      }
   }

   Resource * Allocate()
   {
      Resource *pResource = NULL;
      
      // Check if any free resources are available.
      if (!m_free_Resource_Stack.empty())
      {
         // Queue is not empty so get a pointer to the
         // first resource in the stack
         pResource = m_free_Resource_Stack.top();
         
         // Now remove the pointer from the free resource stack
         m_free_Resource_Stack.pop();
      }
      return pResource;
   }
   
   void Free(Resource *pResource)
   {
      // Insert the resource at the end of the free stack
      m_free_Resource_Stack.push(pResource);
   }
      
   size_t GetFreeResourceCount()
   {
      return m_free_Resource_Stack.size();
   }   
};