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.[b]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。[/b]

3.[b]Free:当一个资源被释放，需要将该资源加入空闲资源列表。[/b]

4.[b]GetFreeResourceCount：返回当前可用的资源数目。[/b]

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();
}
};