C++程序的设计机制1：NVI机制（Non-Virtual Interface ）
C++程序的设计机制1：NVI机制（Non-Virtual Interface ）
在C++的程序设计中有一些设计开发的典型机制需要整理讨论，在此抛砖引玉，为自己做积累，请高人也多多指教。
1.简介
在标准C++库中我们可以看到这样的一个现象：
6个公有虚函数，并且都是std::exception::what()和其重载。
142个非公有虚函数。
这样设计的目的何在呢，为什么“多此一举”的把虚函数设置为非公有呢？
这就是NVI机制要求的：将虚函数声明为非公有，而将公有函数都声明为非虚——虚拟和公有选其一。
2.机制分析
程序员常常将基类中的虚函数公有化，来提供一个接口的定义（virtual的功劳）同时提供其实现（具体的一个实现）。
1: class Base{2: public :3: virtual void Foo(int ){4: cout<< "Base's Foo! " << endl;5: };6: };
问题就出在“同时”——一个定义了接口的形式，一个定义了默认的一个实现，显然这样的设计没有将接口定义和实现分来。在这个时候，我们可以使用模板方法模式 的思想：
1: class Base{2: public :3: void Foo(){4: DoFoo1();5: DoFoo2();6: }//use DoFooX()7: private :8: virtual void DoFoo1(){9: cout << "Base's DoFoo1 " <<endl;10: }11: virtual void DoFoo2(){12: cout << "Base's DoFoo2 " <<endl;13: }14: };15:16: class Derived: public Base{17: private :18: virtual void DoFoo1(){19: cout << "Derived's DoFoo1 " << endl;20: };21: };
函数Foo定义了接口的形式，而DoFooX()函数则实现了对Foo函数的行为定制，实现了接口定义和实现的分离 ，我们举一个例子来说明好处：如果我们希望在Foo中做一下CS（Critical Section）的加锁解锁控制：
若我们完成这样的接口与实现分离，那么我们的实现是在基类的接口处添加所需流程即可，子类不需要修改：
1: class Base{2: public :3: void Foo(){4: cout << "Locking " << endl;5: DoFoo1();6: DoFoo2();7: cout << "Unlocking " << endl;8: }//use DoFooX()9: private :10: virtual void DoFoo1(){11: cout << "Base's DoFoo1 " <<endl;12: }13: virtual void DoFoo2(){14: cout << "Base's DoFoo2 " <<endl;15: }16:17: };18:19: class Derived: public Base{20: private :21: virtual void DoFoo1(){22: cout << "Derived's DoFoo1 " << endl;23: };24: };
若不实现接口与实现分离，则从基类到子类都需要修改：
1: class Base{2: public :3: virtual void Foo(){4: cout << "Locking " << endl;5: cout << "Base's Foo " << endl;6: cout << "Unlocking " << endl;7: }8: };9:10: class Derived: public Base{11: public :12: virtual void Foo(){13: cout << "Locking " << endl;14: cout << "Derived's Foo " << endl;15: cout << "Unlocking " << endl;16: };17: };
注意，当且仅当子类需要调用基类的虚函数时才将虚函数设置为protected（否则没有权限），并且NVI机制不适用于析构函数，对于析构函数， 如果设为公有则应该设置为虚拟（在允许多态删除的基类中），否则设置为私有或者protected的非虚拟形式（不含多态删除的基类中）。
带来的风险：
首先是FBC问题（Fragile Base Class ），下边是一个例子：
1: class Set {2: std::set<int > s_;3: public :4: void add (int i) {5: s_.insert (i);6: add_impl (i); // Note virtual call.7: }8: void addAll (int * begin, int * end) {9: s_.insert (begin, end); // --------- (1)10: addAll_impl (begin, end); // Note virtual call.11: }12: private :13: virtual void add_impl (int i) = 0;14: virtual void addAll_impl (int * begin, int * end) = 0;15: };16: class CountingSet : public Set {17: private :18: int count_;19: virtual void add_impl (int i) {20: count_++;21: }22: virtual void addAll_impl (int * begin, int * end) {23: count_ += std::distance(begin,end);24: }25: };
如果此时我们在父类中修改了addAll函数，改为将从begin到end的数字都调用一遍add函数，那么，子类的功能就紊乱了——子类计数就会 多记录一倍（因为在子类中，add_impl每次都会计数一个，并且addAll_impl也会整体计数一次）。所以，为了防止出现FBC，一般一个公有 非虚函数调用一个私有虚函数。
其次是性能上的考虑，毕竟多了一层函数调用。对此，参考文献2指出：“a word about efficiency: No, none is lost in practice because if the public function is a one-line passthrough declared inline, all compilers I know of will optimize it away entirely, leaving no overhead. (Indeed, some compilers will always make such a function inline and eliminate it, whether you personally really wanted it to or not, but that’s another story.)”
3.总结
将NVI机制放在脑子中吧，如果你还是不明白，一个故事化的讲述 或许更加合适你。
1. 《Effective C++》Item 35 Consider Alternatives To Virtual Functions
2.http://www.gotw.ca/publications/mill18.htm
3.http://www.parashift.com/c++-faq-lite/strange-inheritance.html#faq-23.3
4.http://www.parashift.com/c++-faq-lite/strange-inheritance.html#faq-23.4
5.http://en.wikibooks.org/wiki/More_C%2B%2B_Idioms/Non-Virtual_Interface