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[譯著]在模板方法中的一些"反常"用法

作者: Jerry Cat
時間: 2006/05/19
鏈接:? http://m.shnenglu.com/jerysun0818/archive/2006/05/19/7393.html

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I. Virtually Yours -- Template Method模式
我在研究Wendy寫的一個類。那是她為這個項目寫的一個抽象基類，而我的工作就是從中派生出一個具象類(concrete class)。這個類的public部分是這樣的：

class Mountie {
public:
??? void read( std::istream & );
??? void write( std::ostream & ) const;
??? virtual ~Mountie();

很正常，virtual destructor表明這個類打算被繼承。那么再看看其protected部分：

protected:
??? virtual void do_read( std::istream & );
??? virtual void do_write( std::ostream & ) const;

也不過就是一會兒的功夫，我識破了Wendy的把戲：她在使用template method模式。public成員函數(shù)read和write是非虛擬的，它們肯定是調(diào)用protected部分do_read/do_write虛擬成員函數(shù)來完成實際的工作。啊，我簡直為自己的進步而飄飄然了！哈，Wendy，這回你可難不住我，還有什么招數(shù)？盡管放馬過來... 突然，笑容在我臉上凝固，因為我看到了其private部分：

private:
??? virtual std::string classID() const = 0;

這是什么？一個private純虛函數(shù)，能工作么？我站了起來，

“Wendy，你的Mountie類好像不能工作耶，它有一個private virtual function。”

“你試過了？”她連頭都不抬。

“嗯，那倒是沒有啦，可是想想也不行啊？我的派生類怎么能override你的private函數(shù)呢？” 我嘟囔著。

“嗬，你倒是很確定啊！”Wendy的聲音很輕柔，“你怎么老是這也不行，那也不行的，這幾個月跟著我你就沒學(xué)到什么東西嗎？小菜鳥。”

真是可惡啊...

“小菜鳥，你全都忘了，訪問控制級別跟一個函數(shù)是不是虛擬的根本沒關(guān)系。判斷一個函數(shù)是動態(tài)綁定還是靜態(tài)綁定是函數(shù)調(diào)用解析的最后一個步驟。好好讀讀標準的3.4和5.2.2節(jié)吧。”

我完全處于下風(fēng)，只好采取干擾戰(zhàn)術(shù)。“好吧，就算你說的不錯，我也還是不明白，何必把它設(shè)為private？”

“我且問你，倘若你不想讓一個類中的成員函數(shù)被其他的類調(diào)用，應(yīng)當(dāng)如何處理？”

“當(dāng)然是把它設(shè)置為private的，” 我回答道。

“那么你去看看我的Mountie類實現(xiàn)，特別是write()函數(shù)的實現(xiàn)。”

我正巴不得逃開Wendy那刺人的目光，便轉(zhuǎn)過頭去在我的屏幕上搜索，很快，我找到了：

void Mountie::write(std::ostream &Dudley) const
{
??? Dudley << classID() << std::endl;
??? do_write(Dudley);
}

嗨，最近卡通片真是看得太多了，居然犯這樣的低級失誤。還是老是承認吧：“好了，我明白了。classID()是一個實現(xiàn)細節(jié)，用來在保存對象時指示具象類的類型，派生類必須覆蓋它，所以必須是純虛的。但是既然是實現(xiàn)細節(jié)，就應(yīng)該設(shè)為private的。”

“這還差不多，小菜鳥。”大蝦點了點頭，“現(xiàn)在給我解釋一下為什么do_read()和do_write()是protected的？”

這個問題并不難，我組織了一下就回答：“因為派生類對象需要調(diào)用這兩個函數(shù)的實現(xiàn)來讀寫其中的基類對象。”

“很好很好，”大蝦差不多滿意了，“不過，你再解釋解釋為什么我不把它們設(shè)為public的？”

現(xiàn)在我感覺好多了：“因為調(diào)用它們的時候必須以一種特定的方式進行。比如do_write()函數(shù)，必須先把類型信息寫入，再把對象信息寫入，這樣讀取的時候，負責(zé)生成對象的模塊首先能夠知道要讀出來的對象是什么類型的，然后才能正確地從流中讀取對象信息。”

“聰明啊，我的小菜鳥！”Wendy停頓了一下，“就跟學(xué)習(xí)外國口語一樣，學(xué)習(xí)C++也不光是掌握語法而已，還必須要掌握大量的慣用法。”

“是啊是啊，我正打算讀Coplien的書...”

[譯者注：就是James Coplien 1992年的經(jīng)典著作Advanced C++ Programming Style and Idioms]

大蝦揮了揮她的手，“冷靜，小菜鳥，我不是指先知Coplien的那本書，我是指某種結(jié)構(gòu)背后隱含的慣用法。比如一個類有virtual destructor，相當(dāng)于告訴你說：‘嗨，我是一個多態(tài)基類，來繼承我吧！’ 而如果一個類的destructor不是虛擬的，則相當(dāng)于是在說：‘我不能作為多態(tài)基類，看在老天的份上，別繼承我。’”

“同樣的，virtual函數(shù)的訪問控制級別也具有隱含的意義。一個protected virtual function告訴你：‘你寫的派生類應(yīng)該，哦，可是說是必須調(diào)用我的實現(xiàn)。’而一個private virtual function是在說：‘派生類可以覆蓋，也可以不覆蓋我，隨你的便。但是你不可以調(diào)用我的實現(xiàn)。’”

我點點頭，告訴她我懂了，然后追問道：“那么public virtual function呢？”

“盡可能不要使用public virtual function。”她拿起一支筆寫下了以下代碼：

class HardToExtend
{
public:
? virtual void f();
};
?void HardToExtend::f()
{
?// Perform a specific action
}

“假設(shè)你發(fā)布了這個類。在寫第二版時，需求有所變化，你必須改用Template Method。可是這根本不可能，你知道為什么？”

“呃，這個...，不知道。”

“由兩種可能的辦法。其一，將f()的實現(xiàn)代碼轉(zhuǎn)移到一個新的函數(shù)中，然后將f()本身設(shè)為non-virtual的：

class HardToExtend
{
// possibly protected
??? virtual void do_f();
public:
??? void f();
};
void HardToExtend::f()
{
??? // pre-processing
??? do_f();
??? // post-processing
}
void HardToExtend::do_f()
{
??? // Perform a specific action
}

然而你原來寫的派生類都是企圖override函數(shù)f()而不是do_f()的，你必須改變所有的派生類實現(xiàn)，只要你錯過了一個類，你的類層次就會染上先知Meyers所說的‘精神分裂的行徑’。” [譯者注：參見Scott Meyers，Effective C++, Item 37，絕對不要重新定義繼承而來的非虛擬函數(shù)]

“另一種辦法是將f()移到private區(qū)域，引入一個新的non-virtual函數(shù)：”

class HardToExtend
{
// possibly protected
??? virtual void f();
public:
??? void call_f();
};

“這會導(dǎo)致無數(shù)令人頭痛的問題。首先，所有的客戶都企圖調(diào)用f()而不是call_f()，現(xiàn)在它們的代碼都不能編譯了。更有甚者，大部分派生類都回把f()放在public區(qū)域中，這樣直接使用派生類的用戶可以訪問到你本來想保護的細節(jié)。”

“對待虛函數(shù)要象對待數(shù)據(jù)成員一樣，把它們設(shè)為private的，直到設(shè)計上要求使用更寬松的訪問控制再來調(diào)整。要知道由private入public易，由public入private難啊！”

[譯者注：這篇文章所表達的思想具有一定的顛覆性，因為我們太容易在基類中設(shè)置public virtual function了，Java中甚至專門為這種做法建立了interface機制，現(xiàn)在竟然說這不好！一時間真是接受不了。但是仔細體會作者的意思，他并不是一般地反對public virtual function，只是在template method大背景下給出上述原則。雖然這個原則在一般的設(shè)計中也是值得考慮的，但是主要的應(yīng)用領(lǐng)域還是在template method模式中。當(dāng)然，template method是一種非常有用和常用的模式，因此也決定了本文提出的原則具有廣泛的意義。]