Effective C++条款41：模板与泛型编程——了解隐式接口和编译期多态

一、面向对象编程中提供的是“显式接口”和“运行期多态”

• 概述：面向对象编程世界总是以“显式接口”和“运行期多态”解决问题

演示说明

• 下面定义一个类，用作演示：

class Widget {

public:

    Widget();

    virtual ~Widget();


    virtual std::size_t size()const;

    virtual void normalize();
    
    void swap(Widget& other); //参阅条款25

};

• 我们再定义一个下面的函数：

void doProcessing(Widget& w)

{

    if (w.size() > 10 && w != someNastyWidget) {

        Widget temp(w);

        w.normalize();

        temp.swap(w);

    }

}

• 对于doProcessing()函数参数中的w来说：
  • 显式接口：因为w为类类型Widget，因此在使用w对象的时候必须其拥有哪些接口，也就是在源码中必须明确可见
  • 运行期多态：Widget的某些数据成员是virtual的，w对这些函数的调用表现出运行期多态

二、模板编程中提供的是“隐式接口”和“编译期多态”

• 概述：模板编程世界总是以“隐式接口”和“编译器多态”解决问题

演示说明

• 我们紧接着“一”中的演示说明，将doProcessing()函数改为模板函数。代码如下：

template

void doProcessing(T& w)

{

    if (w.size() > 10 && w != someNastyWidget) {
    
        Widget temp(w);

        w.normalize();

        temp.swap(w);

    }

}

• 对于doProcessing()函数参数中的w来说：
  • 隐式接口：由于T的类型未知，但是通过函数的源码我们可以看出来，类型T要支持size()、normalize()、swap()等成员函数、copy构造函数（用以建立temp）、不等比较等。这些对于类型T来说，都是一些隐式接口
  • 编译期多态：只要涉及对w的任何函数调用，例如operator>和operator!=等，就可能造成template具体化，这样的具体行为发生在编译期。“以不同的template参数具体化函数模板”会导致调用不同的函数，这便是所谓的编译期多态

三、显式接口与隐式接口再探

显式接口

• 显式接口：由函数的签名式（函数名称、参数类型、返回类型）构成
• 例如Widget class，其public接口由一个构造函数、一个析构函数、成员函数size()、normalize()、swap()构成，以及编译器默认提供的拷贝构造函数和拷贝赋值运算符组成

class Widget {

public:

    Widget();

    virtual ~Widget();


    virtual std::size_t size()const;

    virtual void normalize();

    void swap(Widget& other); //参阅条款25

};

 

隐式接口

• 隐式接口：其并不基于函数签名式，而是由有效表达式组成
• 再次查看一下上面的模板函数，T类型的接口必须有下面的约束：
  • 其必须提供一个名为size的成员函数，该函数返回一个整数值
  • 其必须支持一个operator!=函数，用来比较两个T对象

template

void doProcessing(T& w)

{

    if (w.size() > 10 && w != someNastyWidget) {

        Widget temp(w);

        w.normalize();

        temp.swap(w);

    }

}

• 由于运算符重载的也行，上面的两个约束都不需要满足：
  • 对于size()来说，size()可能从基类继承而来，这个成员函数不需要返回一个整数值，甚至不需要返回一个数值类型，其甚至不需要返回一个定义有operator>的类型。它唯一要做的是返回一个类型为X的对象，而X对象加上一个int(10的类型)必须能够调用一个operator>
  • T并不需要支持operator!=，因为以下这种情况也是可以的：operator!=接受一个类型为X的对象和一个类型为Y的对象，T可被转换为X而someNastyWidget的类型可被转换为Y，这样就可以有效调用operator!=
• 注意：上述并未考虑这样的可能性：operator&&被重载，从一个连接词改变或许完全不同的某种东西，从而改变上述表达式的意义

四、总结

• classes和templates都支持接口和多态
• 对classes而言接口是显式的，以函数签名为中心。多态则是通过virtual函数发生于运行期
• 对template参数而言，接口是隐式的，奠基于有效表达式。多态则是通过template具体化和函数重载解析发生于编译期