20、C++ 模板编程中的多态性、特性与策略类

C++ 模板编程中的多态性、特性与策略类

1. STL 与多态性

STL 通过迭代器对操作进行参数化，避免了操作定义数量的爆炸式增长。只需实现一次算法，就能用于所有容器，迭代器作为容器和算法之间的通用粘合剂，具有特定接口，这个接口被称为概念，它表示模板必须满足的一组约束。

从原理上讲，类似 STL 的功能可以通过动态多态实现，但实际上，由于迭代器概念相较于虚函数调用机制过于轻量级，添加基于虚函数的接口层可能会使操作速度大幅下降。而泛型编程依赖静态多态，在编译时解析接口，这使得它切实可行。不过，这也需要不同于面向对象设计原则的新设计原则。

在容器类型方面，模板引入 C++ 之前，多态层次结构是处理容器的流行方法，例如 NIHCL，它在很大程度上借鉴了 Smalltalk 的容器类层次结构。NIHCL 支持多种容器和迭代器，采用动态多态实现，但运行时间和内存使用成本较高，因为大多数操作需要虚调用，且内置类型需要包装在更大的多态类中。

动态多态在某些情况下是正确的选择，例如异构迭代；而许多编程任务使用模板自然且高效，例如同质容器。静态多态适用于基本计算结构，而动态多态库通常需要进行特定领域的选择。C++ 标准库的 STL 部分不包含多态容器，但有丰富的使用静态多态的容器和迭代器。

中大型 C++ 程序通常需要处理静态和动态两种多态性，有时甚至需要紧密结合它们。在很多情况下，根据讨论结果，最优设计选择是明确的，但花时间考虑长期潜在的演变通常是值得的。

2. 特性与策略类

模板使我们能够为各种类型对类和函数进行参数化，但引入过多模板参数会使客户端代码指定参数变得繁琐。幸运的是，大多数额外参数有合理的默认值，