C++箴言:用成员函数模板接受兼容类型_C语言教程

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C++箴言:用成员函数模板接受兼容类型

51自学网 2015-09-05 http://www.wanshiok.com

　　smart pointers（智能指针）是行为很像指针但是增加了指针没有提供的功能的 objects。例如，《C++箴言：使用对象管理资源》阐述了标准 auto_ptr 和 tr1::shared_ptr 是怎样被应用于在恰当的时间自动删除的 heap-based resources（基于堆的资源）的。STL containers 内的 iterators（迭代器）几乎始终是 smart pointers（智能指针）；你绝对不能指望用 "++" 将一个 built-in pointer（内建指针）从一个 linked list（线性链表）的一个节点移动到下一个，但是 list::iterators 可以做到。

　　real pointers（真正的指针）做得很好的一件事是支持 implicit conversions（隐式转换）。derived class pointers（派生类指针）隐式转换到 base class pointers（基类指针），pointers to non-const objects（指向非常量对象的指针）转换到 pointers to const objects（指向常量对象的指针），等等。例如，考虑在一个 three-level hierarchy（三层继承体系）中能发生的一些转换：

class Top { ... };
class Middle: public Top { ... };
class Bottom: public Middle { ... };
Top *pt1 = new Middle; // convert Middle* => Top*
Top *pt2 = new Bottom; // convert Bottom* => Top*
const Top *pct2 = pt1; // convert Top* => const Top*

　　在 user-defined smart pointer classes（用户定义智能指针类）中模仿这些转换是需要技巧的。我们要让下面的代码能够编译：

template<typename T>
class SmartPtr {
　public: // smart pointers are typically
　　explicit SmartPtr(T *realPtr); // initialized by built-in pointers
　...
};

SmartPtr<Top> pt1 = // convert SmartPtr<Middle> =>
SmartPtr<Middle>(new Middle); // SmartPtr<Top>

SmartPtr<Top> pt2 = // convert SmartPtr<Bottom> =>
SmartPtr<Bottom>(new Bottom); // SmartPtr<Top>

SmartPtr<const Top> pct2 = pt1; // convert SmartPtr<Top> =>
// SmartPtr<const Top>

在同一个 template（模板）的不同 instantiations（实例化）之间没有 inherent relationship（继承关系），所以编译器认为 SmartPtr<Middle> 和 SmartPtr<Top> 是完全不同的 classes，并不比（比方说）vector<float> 和 Widget 的关系更近。为了得到我们想要的在 SmartPtr classes 之间的转换，我们必须显式地为它们编程。

　　在上面的 smart pointer（智能指针）的示例代码中，每一个语句创建一个新的 smart pointer object（智能指针对象），所以现在我们就集中于我们如何写 smart pointer constructors（智能指针的构造函数），让它以我们想要的方式运转。一个关键的事实是我们无法写出我们需要的全部 constructors（构造函数）。在上面的 hierarchy（继承体系）中，我们能从一个 SmartPtr<Middle> 或一个 SmartPtr<Bottom> 构造出一个 SmartPtr<Top>，但是如果将来这个 hierarchy（继承体系）被扩充，SmartPtr<Top> objects 还必须能从其它 smart pointer types（智能指针类型）构造出来。例如，如果我们后来加入

class BelowBottom: public Bottom { ... };

我们就需要支持从 SmartPtr<BelowBottom> objects 到 SmartPtr<Top> objects 的创建，而且我们当然不希望为了做到这一点而必须改变 SmartPtr template。

　　大体上，我们需要的 constructors（构造函数）的数量是无限的。因为一个 template（模板）能被实例化而产生无数个函数，所以好像我们不需要为 SmartPtr 提供一个 constructor function（构造函数函数），我们需要一个 constructor template（构造函数模板）。这样的 templates（模板）是 member function templates（成员函数模板）（常常被恰如其分地称为 member templates（成员模板））——生成一个 class 的 member functions（成员函数）的 templates（模板）的范例：

template<typename T>
class SmartPtr {
　public:
　　template<typename U> // member template
　　SmartPtr(const SmartPtr& other); // for a "generalized
　　... // copy constructor"
};

这就是说对于每一种类型 T 和每一种类型 U，都能从一个 SmartPtr 创建出一个 SmartPtr<T>，因为 SmartPtr<T> 有一个取得一个 SmartPtr 参数的 constructor（构造函数）。像这样的 constructor（构造函数）——从一个类型是同一个 template（模板）的不同实例化的 object 创建另一个 object 的 constructor（构造函数）（例如，从一个 SmartPtr 创建一个 SmartPtr<T>）——有时被称为 generalized copy constructors（泛型化拷贝构造函数）。

　　上面的 generalized copy constructor（泛型化拷贝构造函数）没有被声明为 explicit（显式）的。这是故意为之的。built-in pointer types（内建指针类型）之间的类型转换（例如，从派生类指针到基类指针）是隐式的和不需要 cast（强制转型）的，所以让 smart pointers（智能指针）模仿这一行为是合理的。在 templatized constructor（模板化构造函数）中省略 explicit 正好做到这一点。

　　作为声明，SmartPtr 的 generalized copy constructor（泛型化拷贝构造函数）提供的东西比我们想要的还多。是的，我们需要能够从一个 SmartPtr<Bottom> 创建一个 SmartPtr<Top>，但是我们不需要能够从一个 SmartPtr<Top> 创建一个 SmartPtr<Bottom>，这就像颠倒 public inheritance（公有继承）的含义（参见《C++箴言：确保公开继承模拟“is-a”》）。我们也不需要能够从一个 SmartPtr<double> 创建一个 SmartPtr<int>，因为这和从 int* 到 double* 的 implicit conversion（隐式转换）是不相称的。我们必须设法过滤从这个 member template（成员模板）生成的 member functions（成员函数）的群体。

　　假如 SmartPtr 跟随 auto_ptr 和 tr1::shared_ptr 的脚步，提供一个返回被这个 smart pointer（智能指针）持有的 built-in pointer（内建指针）的拷贝的 get member function（get 成员函数）（参见《C++箴言：在资源管理类中准备访问裸资源》），我们可以用 constructor template（构造函数模板）的实现将转换限定在我们想要的范围：

template<typename T>
class SmartPtr {
　public:
　　template<typename U>
　　SmartPtr(const SmartPtr& other) // initialize this held ptr
　　: heldPtr(other.get()) { ... } // with other's held ptr

　　T* get() const { return heldPtr; }
　　...

　private: // built-in pointer held
　　T *heldPtr; // by the SmartPtr
};

　
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