Effective C++ 2e Item40

 

条款40: 通过分层来体现 "有一个" 或 "用...来实现"

使某个类的对象成为另一个类的数据成员，从而实现将一个类构筑在另一个类之上，这一过程称为 "分层"(Layering)。例如：

class Address { ... };           // 某人居住之处

class PhoneNumber { ... };

class Person {
public:
  ...

private:
  string name;                   // 下层对象
  Address address;               // 同上
  PhoneNumber voiceNumber;       // 同上
  PhoneNumber faxNumber;         // 同上
};

本例中，Person类被认为是置于string，Address和PhoneNumber类的上层，因为它包含那些类型的数据成员。"分层" 这一术语有很多同义词，它也常被称为：构成(composition)，包含(containment)或嵌入(embedding)。

条款35解释了公有继承的含义是 "是一个"。对应地，分层的含义是 "有一个" 或 "用...来实现"。

上面的Person类展示了 "有一个" 的关系。一个Person对象 "有一个" 名字，地址，电话号码和传真号码。你不能说，一个人 "是一个" 名字或一个人 "是一个" 地址；你得说，一个人 "有一个" 名字， "有一个" 地址，等等。大多数人对区分这些没什么困难，所以混淆 "是一个" 和 "有一个" 的情况相对来说比较少见。

稍微有点麻烦的是区分 "是一个" 和 "用...来实现"。例如，假设需要一个类模板，用来表示任意对象的集合，并且集合中没有重复元素。程序设计中，重用（Reuse）是再好不过的一件事了，而且你也许已经读过条款49中关于C++标准库的总体介绍，那么，你的第一反应一定是想采用标准库中的set模板。是啊，既然可以使用别人所写的东西，为什么还要再去写一个新的模板呢？

但是，深入研究set的帮助文档后，你会发现，set的下述限制将不能满足你的程序要求：set要求包含在它内部的元素必须是完全有序的，即，对set中的任两个元素a和b来说，一定可以确定：要么a<b，要么b<a。对许多类型来说，这个要求很容易满足，而且，对象间完全有序使得set可以在性能方面提供某些保证，这一点很吸引人。（参见条款49了解标准库在性能上更多的保证）然而，你所需要的是更广泛的东西：一个类似set的类，但对象不必完全有序；用C++标准所包装的术语来说，它们只需要所谓的 "相等可比较性"：对于同种类型的a和b对象来说，要能确定是否a==b。这种要求更简单，它更适合于那些表示颜色这类东西的类型。总不能说红色比绿色更少或绿色比红色更少吧？看来，对你的程序来说，还是得需要自己来写个模板。

当然，重用还是件好事。作为数据结构专家，你知道，在实现集合的众多选择中，一个最简单的办法是采用链表。你一定猜到了什么。对，标准库中正有这么一个list模板（用来产生链表类）！所以可以重用它。

具体来说，你决定让自己的Set模板从list继承。即，Set<T>将从list<T>继承。因为，在你的实现中，Set对象实际上将是list对象。于是你这样声明Set模板：

// Set中错误地使用了list
template<class T>
class Set: public list<T> { ... };

至此，一切好象都很正确，但实际上错误不小。正如条款35所说明的，如果D "是一个" B，对B成立的所有事实对D也成立。但是，list对象可以包含重复元素，所以如果3051这个值被增加到list<int>中两次，list中将包含3051的两个拷贝。相反，Set不可以包含重复元素，所以如果3051被增加到Set<int>中两次，Set中将只包含这个值的一个拷贝。于是，说一个Set "是一个" list就是弥天大谎，因为如上所述，有一些在list对象中成立的事实在Set对象中不成立。

因为这两个类的关系并非 "是一个"，所以用公有继承来表示它们的关系就是一个错误。正确的方法是让Set对象 "用list对象来实现"：

// Set中使用list的正确方法
template<class T>
class Set {
public:
  bool member(const T& item) const;

  void insert(const T& item);
  void remove(const T& item);

  int cardinality() const;

private:
  list<T> rep;                       // 表示一个Set
};

Set的成员函数可以利用list以及标准库其它部分所提供的大量功能，所以，实现代码既不难写也很易读：

template<class T>
bool Set<T>::member(const T& item) const
{ return find(rep.begin(), rep.end(), item) != rep.end(); }

template<class T>
void Set<T>::insert(const T& item)
{ if (!member(item)) rep.push_back(item); }

template<class T>
void Set<T>::remove(const T& item)
{
  list<T>::iterator it =
    find(rep.begin(), rep.end(), item);

  if (it != rep.end()) rep.erase(it);
}

template<class T>
int Set<T>::cardinality() const
{ return rep.size(); }

这些函数很简单，所以很自然地想到将它们作为内联函数；但在做最后决定前，还是回顾一下条款33所做的讨论。（上面的代码中，find, begin, end, push_back等函数是标准库基本框架的一部分，它们可用来对list这样的容器模板进行操作。标准库框架的总体介绍参见条款49和M35。）

值得指出的是，Set类的接口没有做到完整并且最小（参见条款18）。从完整性上来说，它最大的遗漏在于不能对Set中的内容进行循环，而这一功能对很多程序来说是必需的（标准库中的所有成员都提供了这一功能，包括set）。Set的另一个缺陷是没有遵循标准库所采用的容器类常规（见条款49和M35），从而造成使用Set时更难以利用库中其它的部分。

Set的接口尽管有这些瑕疵，但下面这一点不能被掩盖：Set在理解它和list的关系上，具有无可辩驳的正确性。这种关系并非 "是一个"（虽然初看会以为是），而是 "用...来实现"，通过分层来实现这种关系是类的设计者应该感到自豪的。

顺便说一句，当通过分层使两个类产生联系时，实际上在两个类之间建立了编译时的依赖关系。关于为什么要考虑到这一点以及如何减少这方面的麻烦，参见条款34。