Правило 45: Разрабатывайте шаблоны функций-членов так, чтобы они принимали «все совместимые типы»

Правило 45: Разрабатывайте шаблоны функций-членов так, чтобы они принимали «все совместимые типы»

Интеллектуальные указатели – это объекты, которые ведут себя во многом подобно обычным указателям, но добавляют функциональность, которую последние не предоставляют. Например, в правиле 13 объясняется, как можно использовать стандартные классы auto_ptr и tr1::shared_ptr для автоматического удаления динамически выделенных ресурсов в нужное время. Итераторы STL-контейнеров почти всегда являются интеллектуальными указателями. Понятно, что от обычного указателя нельзя ожидать, что он будет сдвигаться на следующий узел связанного списка в результате выполнения операции «++», но итератор списка list::iterator работает именно так.

Для чего обычные указатели хороши – так это для поддержки неявных преобразований типов. Указатели на объекты производных классов неявно преобразуются в указатели на объекты базовых классов, указатели на неконстантные объекты – в указатели на константные и т. п. Например, рассмотрим некоторые преобразования, которые могут происходить в трехуровневой иерархии:

class Top {...};

class Middle: public Top {...};

class Bottom: public Middle {...};

Top *pt1 = new Middle; // преобразует Middle* в Top*

Top *pt2 = new Bottom; // преобразует Middle* в Bottom*

Const Top *pct2 = pt1; // преобразует Top* в const Top*

Эмулировать такие преобразования с помощью определяемых пользователем «интеллектуальных» указателей не просто. Для этого нужно, чтобы компилировался такой код:

Template<typename T>

class SmartPtr {

public:

explicit SmartPtr(T *realPtr); // интеллектуальные указатели обычно

... // инициализируются встроенными

}; // указателями

SmartPtr<Top> pt1 = // преобразует SmartPtr<Middle>

SmartPtr<Middle>(new Middle); // в SmartPtr<Top>

SmartPtr<Top> pt2 = // преобразует SmartPtr<Bottom>

SmartPtr<Bottom>(new Bottom); // SmartPtr<Top>

SmartPtr<const Top> pct2 = pt1;

Разные конкретизации одного шаблона не связаны каким-либо отношением, поэтому компилятор считает, что SmartPtr<Middle> и SmartPtr<Top> – совершенно разные классы, не более связанные друг с другом, чем, например, vector<float> и Widget. Чтобы можно было осуществлять преобразования между разными классами SmartPtr, необходимо явно написать соответствующий код. В приведенном выше примере каждое предложение создает новый объект интеллектуального указателя, поэтому для начала сосредоточимся на написании конструкторов, которые будут вести себя так, как нам нужно. Ключевое наблюдение состоит в том, что невозможно написать сразу все необходимые конструкторы. В приведенной иерархии мы можем сконструировать SmartPtr<Top> из SmartPtr<Middle> или SmartPtr<Bottom>, но если в будущем иерархия будет расширена, то придется добавить возможность конструирования объектов SmartPtr<Top> из других типов интеллектуальных указателей. Например, если мы позже добавим такой класс:

class BelowBottom: public Bottom {...};

то нужно будет поддержать создание объектов SmartPtr<Top> из SmartPtr<Below-Bottom>, и, очевидно, не хотелось бы ради этого модифицировать шаблон SmartPtr.

В принципе, нам может понадобиться неограниченное число конструкторов. Поскольку шаблон может быть конкретизирован для генерации неограниченного числа функций, похоже, что нам нужен не конструктор-функция для SmartPtr, а конструктор-шаблон. Это пример шаблона функции-члена (часто называемого шаблонного члена), то есть шаблона, генерирующего функции-члены класса:

template<typename T>

class SmartPtr {

public:

template<typename U> // шаблонный член

SmartPtr(const SmartPtr<U>& other); // для «обобщенного

... // конструктора копирования»

};

Здесь говорится, что для каждой пары типов T и U класс SmartPtr<T> может быть создан из SmartPtr<U>, потому что SmartPtr<T> имеет конструктор, принимающий параметр типа SmartPtr<U>. Подобные конструкторы, создающие один объект из другого, тип которого является другой конкретизацией того же шаблона (например, SmartPtr<T> из SmartPtr<U>), иногда называют обобщенными конструкторами копирования.

Обобщенный конструктор копирования в приведенном выше примере не объявлен с модификатором explicit. И это сделано намеренно. Преобразования типов между встроенными типами указателей (например, из указателя на производный класс к указателю на базовый класс) происходят неявно и не требуют приведения, поэтому разумно и для интеллектуальных указателей эмулировать такое поведение. Именно поэтому и не указано слово explicit в объявлении обобщенного конструктора шаблона.

Будучи объявлен описанным выше образом, обобщенный конструктор копирования для SmartPtr предоставляет больше, чем нам нужно. Да, мы хотим иметь возможность создавать SmartPtr<Top> из SmartPtr<Bottom>, но вовсе не просили создавать SmartPtr<Bottom> из SmartPtr<Top>, потому что это противоречит смыслу открытого наследования (см. правило 32). Мы также не хотим создавать SmartPtr<int> из SmartPtr<double>, потому что не существует неявного преобразования int* в double*. Каким-то образом мы должны сузить многообразие функций-членов, которые способен генерировать этот шаблон.

Предполагая, что SmartPtr написан по образцу auto_ptr и tr1::shared_ptr, то есть предоставляет функцию-член get, которая возвращает копию встроенного указателя, хранящегося в объекте «интеллектуального» указателя (см. правило 15), мы можем воспользоваться реализацией шаблонного конструктора, чтобы ограничить набор преобразований:

template<typename T>

class SmartPtr {

public:

template<typename U>

SmartPtr(const SmartPtr<U>& other) // инициировать этот хранимый

:heldPtr(other.get()) {...} // указатель указателем, хранящимся

// в другом объекте

T *get() const { return heldPtr;}

...

private: // встроенный указатель,

T *heldPtr; // хранящийся в «интеллектуальном»

};

Мы используем список инициализации членов, чтобы инициализировать член данных SmartPtr<T> типа T* указателем типа U*, который хранится в Smart-Ptr<U>. Этот код откомпилируется только тогда, когда существует неявное преобразование указателя U* в T*, а это как раз то, что нам нужно. Итак, SmartPtr<T> теперь имеет обобщенный копирующий конструктор, который компилируется только тогда, когда ему передается параметр совместимого типа.

Использование шаблонных функций-членов не ограничивается конструкторами. Еще одно полезное применение таких функций – поддержка присваивания. Например, класс shared_ptr из TR1 (см. правило 13) поддерживает конструирование из всех совместимых встроенных указателей, tr1::shared_ptr, auto_ptr и tr1::weak_ptr (см. правило 54), а также наличие в правой части оператора присваивания объекта любого из этих типов, кроме tr1::weak_ptr. Ниже приведен фрагмент спецификации TR1 для tr1::shared_ptr; обратите внимание, что при объявлении параметров шаблона используется ключевое слов class, а не typename. Как объясняется в правиле 42, в данном контексте они означают одно и то же.

template<class T> class shared_ptr {

public:

template<class Y> // конструирует из

explicit shared_ptr(Y *p); // любого совместимого

template<class Y> // встроенного указателя,

shared_ptr(shared_ptr<Y> const& r); // shared_ptr,

template<class Y> // weak_ptr или

explicit shared_ptr(weak_ptr<Y> const& r); // auto_ptr

template<class Y>

explicit shared_ptr(auto_ptr<Y>& r);

template<class Y> // присваивает

explicit shared_ptr& operator=(shared_ptr<Y> const& r); // любой

template<class Y> // совместимый

explicit shared_ptr& operator=(auto_ptr<Y> const& r); // shared_ptr или

... // auto_ptr

};

Все эти конструкторы объявлены как explicit, за исключением обобщенного конструктора копирования. Это значит, что неявные преобразования от одного типа shared_ptr к другому допускаются, но неявные преобразования от встроенного указателя или другого «интеллектуального» указателя не допускаются. (Явные преобразования – например, с помощью приведения типов – разрешены). Также интересно отметить, что при передаче объекта auto_ptr конструктору tr1::shared_ptr и оператору присваивания параметр указывается без модификатора const, тогда как передаваемые параметры типа tr1::shared_ptr и tr1::weak_ptr константны. Это следствие того факта, что в отличие от других классов объекты auto_ptr модифицируются при копировании (см. правило 13).

Шаблонные функции-члены – чудесная вещь, но они не отменяют основных правил языка. В правиле 5 объясняется, что две из четырех функций-членов, которые компиляторы могут генерировать автоматически, – это конструктор копирования и оператор присваивания. В классе tr1::shared_ptr объявлен обобщенный конструктор копирования, и ясно, что в случае совпадения типов T и Y конкретизация обобщенного конструктора копирования может быть сведена к созданию «обычного» конструктора копирования. Поэтому возникает вопрос, что будет делать компилятор в случае, когда один объект tr1::shared_ptr конструируется из другого объекта того же типа: генерировать обычный конструктор копирования для tr1::shared_ptr или конкретизировать обобщенный конструктор копирования из шаблона?

Как я сказал, шаблонные члены не отменяют основных правил языка, а из этих правил следует, что если конструктор копирования нужен, а вы не объявляете его, то он будет сгенерирован автоматически. Объявление в классе обобщенного конструктора копирования (шаблонного члена) не предотвращает генерацию компилятором обычного конструктора копирования. Поэтому если вы хотите полностью контролировать все аспекты конструирования путем копирования, то должны объявить как обобщенный конструктор копирования, так и обычный. То же касается присваивания. Приведем фрагмент определения класса tr1::shared_ptr, который иллюстрирует это положение:

template<class T> class shared_ptr {

public:

shared_ptr(shared_ptr const& r); // конструктор копирования

template<class Y> // обобщенный

shared_ptr(shared_ptr<Y> const& r); // конструктор копирования

shared_ptr& operator=(shared_ptr const& r); // оператор присваивания

template<class Y> // обобщенный оператор

shared_ptr& operator=(shared_ptr<Y> const& r); // присваивания

...

};

Что следует помнить

• Используйте шаблонные функции-члены для генерации функций, принимающих все совместимые типы.

• Если вы объявляете шаблоны обобщенных конструкторов копирования или обобщенного оператора присваивания, то по-прежнему должны объявить обычный конструктор копирования и оператор присваивания.

Данный текст является ознакомительным фрагментом.



Поделитесь на страничке

Следующая глава >

Похожие главы из других книг:

Специализация шаблонных функций – членов шаблонного класса

Из книги автора

Специализация шаблонных функций – членов шаблонного класса К сожалению, вышеприведенный код не будет компилироваться на компиляторах, не поддерживающих специализацию шаблонов-функций – членов шаблонов классов.ПРИМЕЧАНИЕ К таким относятся, например, gcc-2.95 и gcc-2.96


R.14.4 Шаблоны типа для функций

Из книги автора

R.14.4 Шаблоны типа для функций Шаблон типа для функции определяет как будет строиться функция. Например, семейство функций sort можно описать следующим образом:template‹class T› void sort(vector‹T›);Шаблон типа для функции порождает неограниченное множество перегруженных функций.


66. Не специализируйте шаблоны функций

Из книги автора

66. Не специализируйте шаблоны функций РезюмеПри расширении некоторого шаблона функции (включая std::swap) избегайте попыток специализации шаблона. Вместо этого используйте перегрузку шаблона функции, которую следует поместить в пространство имен типа(ов), для которых


1.6.7. Правило прозрачности: для того чтобы упростить проверку и отладку программы, ее конструкция должна быть обозримой

Из книги автора

1.6.7. Правило прозрачности: для того чтобы упростить проверку и отладку программы, ее конструкция должна быть обозримой Поскольку отладка часто занимает три четверти или более времени разработки, раннее окончание работы в целях облегчения отладки может быть очень


1.6.9. Правило представления: знания следует оставлять в данных, чтобы логика программы могла быть примитивной и устойчивой

Из книги автора

1.6.9. Правило представления: знания следует оставлять в данных, чтобы логика программы могла быть примитивной и устойчивой Даже простейшую процедурную логику трудно проверить, однако весьма сложные структуры данных являются довольно простыми для моделирования и


Правило 29: Стремитесь, чтобы программа была безопасна относительно исключений

Из книги автора

Правило 29: Стремитесь, чтобы программа была безопасна относительно исключений Безопасность исключений в чем-то подобна беременности… но пока отложим эту мысль в сторонку. Нельзя всерьез говорить о репродуктивной функции, пока не завершился этап ухаживания.Предположим,


Правило 30: Тщательно обдумывайте использование встроенных функций

Из книги автора

Правило 30: Тщательно обдумывайте использование встроенных функций Встроенные функции – какая замечательная идея! Они выглядят подобно функциям, они работают подобно функциям, они намного лучше макросов (см. правило 2). Их можно вызывать, не опасаясь накладных расходов,


1.6.7. Правило прозрачности: для того чтобы упростить проверку и отладку программы, ее конструкция должна быть обозримой

Из книги автора

1.6.7. Правило прозрачности: для того чтобы упростить проверку и отладку программы, ее конструкция должна быть обозримой Поскольку отладка часто занимает три четверти или более времени разработки, раннее окончание работы в целях облегчения отладки может быть очень


1.6.9. Правило представления: знания следует оставлять в данных, чтобы логика программы могла быть примитивной и устойчивой

Из книги автора

1.6.9. Правило представления: знания следует оставлять в данных, чтобы логика программы могла быть примитивной и устойчивой Даже простейшую процедурную логику трудно проверить, однако весьма сложные структуры данных являются довольно простыми для моделирования и


9.4. Создание безопасных при исключениях функций-членов

Из книги автора

9.4. Создание безопасных при исключениях функций-членов ПроблемаСоздается функция-член и необходимо обеспечить базовые и строгие гарантии ее безопасности при исключениях, а именно отсутствие утечки ресурсов и то, что объект не будет иметь недопустимое состояние в том


Шаблоны функций классов в STL

Из книги автора

Шаблоны функций классов в STL Допустим, у вас есть два вектора объектов Widget, требуется скопировать объекты Widget из одного вектора в конец другого. Задача решается легко — достаточно воспользоваться интервальной функцией insert контейнера vector:vector<Widget>


10. Шаблоны функций

Из книги автора

10. Шаблоны функций В этой главе рассказывается, что такое шаблон функции, как его определять и использовать. Это довольно просто, и многие программисты применяют шаблоны, определенные в стандартной библиотеке, даже не понимая, с чем они работают. Только пользователи,


10.10. Пространства имен и шаблоны функций А

Из книги автора

10.10. Пространства имен и шаблоны функций А Как и любое другое глобальное определение, шаблон функции может быть помещен в пространство имен (см. обсуждение пространств имен в разделах 8.5 и 8.6). Мы получили бы ту же семантику, если бы определили шаблон в глобальной области


PKI-совместимые приложения

Из книги автора

PKI-совместимые приложения Чтобы приложение могло использовать необходимые сервисы безопасности и функции управления жизненным циклом ключей и сертификатов, оно должно быть PKI-совместимым. Поставщики технологии должны предлагать стандартные PKI-совместимые приложения,