Item 41:隐式接口与编译期多态 Effective C++笔记

C++ 多态 虚函数 函数重载 模板 继承 编译 运算符重载

Item 41: Understand implicit interfaces and compile-time polymorphism.

面向对象设计中的类(class)考虑的是显式接口(explicit interface)和运行时多态, 而模板编程中的模板(template)考虑的是隐式接口(implicit interface)和编译期多态

  • 对类而言,显式接口是由函数签名表征的,运行时多态由虚函数实现;
  • 对模板而言,隐式接口是由表达式的合法性表征的,编译期多态由模板初始化和函数重载的解析实现。

显式接口和运行时多态

一个类的显式接口是由public成员函数签名(包括函数名、参数类型、返回值类型等)、类型定义(typedef)、public数据成员构成的。

class Widget{
public:
    Widget();
    virtual ~Widget();
    virtual size_t size() const;
    virtual void normalize();
    void swap(Widget& other);
};
void doProcessing(Widget& w){
    if(w.size() > 10 && w != someOne){
        Widget tmp(w);
        tmp.normalize();
        tmp.swap(w);
    }
}

对于doProcesing中的w,我们可以知道:

  • w应支持Widget的接口,包括:normalize(), swap()等。这些接口在源码中是可以找到的,称为显式接口。
  • Widget有些成员函数是virtual的,会表现出运行时多态:具体的被调用者会根据Widget的动态类型而决定。

隐式接口和编译期多态

在模板和类属编程(generic programming)中这一点完全不同,在这里隐式接口和编译期多态更为重要:

template<typename T>
void doProcessing(T& w){
    if(w.size() > 10 && w!= someOne){
        T tmp(w);
        tmp.normalize();
        tmp.swap(w);
    }
}

现在的doProcessing是一个函数模板,其中的w有所不同:

  • w应支持的接口取决于模板中w上的操作。比如:w(类型T)必须支持size, normalize, swap方法;拷贝构造函数;不等运算符。 总之,这些表达式必须合法而且通过编译构成了w应支持的接口。
  • 其中的operator>operator!=要调用成功可能需要实例化一些模板,而使用不同的模板参数实例化模板的过程就是编译期多态

具体来讲,T的隐式接口应满足:

  • 必须包含一个返回值为整型的成员函数;
  • 支持一个接受T类型的operator!=函数。

但由于C++的运算符重载和隐式类型转换特性,上述两个条件都不需要满足。 首先size可能是继承来的函数而非T的成员函数,但它不需要返回一个int,甚至不需要返回一个数字类型,返回类型也不需要定义operator>。 它需要返回的类型X只需满足:operator>可以接受Xint。但operator>的第一个参数类型可以不是X,只要X能隐式转换为它的第一个参数类型即可。 类似地,operator!=接口也有极大的灵活性。

当你想到这些约束时可能真的会头大,但实践中比这些直观的多,接口只是由合法的表达式构成的。 例如下面的表达式看起来就很直观:

if (w.size() > 10 && w != someOne) ...

总之隐式接口和显式接口一样地真实存在,在编译时都会进行检查。正如你错误地使用显式接口会导致编译错一样, 对象不支持模板所要求的隐式接口也会导致编译错。

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