在C++中通过模板规避潜在错误

注：本文节选自我正在创作的第二本书《C++跨平台与框架开发》，其中一些措词并未就博文进行调整，阅读时请注意。

 

模板（template）为C++带来了泛型编程的能力，但也带来了使用难度。大体上，使用模板的三大动机分别是提高复用性、去除强制转换和规避潜在错误。在此让我们看一看规避错误的一个例子。

假设我们有图 1所示的被简化了的定时器管理模块程序。从构造函数来看，它的三个参数分别指明了定时器的延时时间、回调函数和回调函数的参数，其中的回调函数是通过timer_callback_t类加以封装的。当定时器到期时，它的fire()函数会被调用。间接地，fire()函数调用定时器所保存回调函数类对象的handle()函数。

class timer_callback_t
{
    virtual void handle (timer_t &_timer, timer_callback_arg_t *_p_arg) = 0;
};

class timer_t
{
public:
    timer_t (msecond_t _duration, timer_callback_t *_p_callback,
        timer_callback_arg_t *_p_callback_arg);

private:
    void fire ()
    {
        p_callback_.handle (this, p_callback_arg_);
    }

    timer_callback_t *p_callback_;
    timer_callback_arg_t *p_callback_arg_;
};

图1

 

图 2示例了如何使用定时器。首先，得针对定时器的用途通过派生timer_callback_t类实现相应的回调函数类。接着，在创建定时器时需实例化回调函数类。图中foo()和bar()函数分别示例了两种实例化回调函数类的方法，前者采用的是定义静态类变量，后者采用的是通过new进行动态分配。

class connect_timeout_callback_t: public timer_callback_t
{
    void handle (timer_t &_timer, timer_callback_arg_t *_p_arg)
    {
        // do something here
    }
};

void foo ()
{
    static connect_timeout_callback_t callback;
    timer_t *p_timer = new timer_t (100, &callback, 0);
}

void bar ()
{
    connect_timeout_callback_t *p_callback = new connect_timeout_callback_t ();
    timer_t *p_timer = new timer_t (100, p_callback, 0);
}

图2

 

定时器模块的实现使得在foo()和bar()函数中实例化回调函数类的方法需要注意一些点，否则容易犯错。在foo()函数所使用的方法中，如果不小心忘记了将类变量定义成静态的，会因为变量分配在栈上而最终导致程序出错；在bar()函数中，如果忘记了将通过new分配获得的内存用delete释放，则会产生内存泄漏。能否通过设计避免这些潜在的问题呢？

图3是对定时器管理模块采用模板重写后的程序。其中最大的变化是timer_t类的构造函数省去了指定回调函数类实例，且回调函数类和回调函数参数成为了两个模板类型。另一个变化是，fire()函数中通过定义静态变量的方式实例化回调函数类。

template <typename T_CALLBACK, typename T_CALLBACK_ARG>
    class timer_callback_t
{
    virtual void handle (timer_t <T_CALLBACK, T_CALLBACK_ARG> &_timer,
        T_CALLBACK_ARG _arg) = 0;
};

template <typename T_CALLBACK, typename T_CALLBACK_ARG>
    class timer_t
{
public:
    timer_t (msecond_t _duration, T_CALLBACK_ARG _callback_arg);

private:
    void fire ()
    {
        static T_CALLBACK callback;
        callback.handle (*this, callback_arg_);
    }

    T_CALLBACK_ARG callback_arg_;
};

图3

 

图4示例说明了新实现下如何使用一个定时器。很显然，我们通过模板将一些潜在问题通过内部化的方式给规避了。

class connect_timeout_callback_t:
    public timer_callback_t <connect_timeout_callback_t, void *>
{
    void handle (timer_t <connect_timeout_callback_t, void *> &_timer, void *_arg)
    {
        // do something here
    }
};

void foo ()
{
    timer_t <connect_timeout_callback_t, void *> *p_timer =
 new timer_t < connect_timeout_callback_t, void *> (100, 0);
}

图4