[Herb Sutter 的名作More Exceptional C++中文版即将出版。作为本书译者，我很高兴将本书推荐给大家。征得华中科技大学出版社同意，我将公开部分译稿，敬请大家批评指正。]
泛型程序设计与C++标准库
C++威力强大的特性之一是对泛型程序设计（generic programming）的支持。这种威力直接反映在C++标准库的灵活性上，特别是它的容器、迭代器和算法部分，这一部分一直以来被称作标准模板库（STL）。
本书的开篇章节集中讨论如何最有效地使用C++标准库，尤其是STL。什么时候使用std::vector和std::deque会最有效？如何使用？在使用std::map和std::set的时候可能会碰到哪些陷阱？如何安全地避免这些陷阱？std::remove()为什么不能真正删除任何东西？
本章还特别介绍了一些有用的技巧和易犯的错误，在撰写自己的泛型程序代码的时候，包括撰写那些“用以和STL一起工作”或“用以扩充STL”的代码的时候，你会经常碰到它们。什么样的predicates才能安全地和STL一起使用？什么样的不行？为什么？要想让模板自身的行为可以改变，而且这种行为的改变是基于“与之协同工作的类型（type）”的能力，有什么现有的技术可以写出这种功能强大的泛型模板代码吗？如何在不同种类的输入输出流之间自如地切换？模板特殊化和重载是怎么一回事？“古怪”的typename关键字究竟有何过人之处？
随着对泛型程序设计和C++标准库有关话题的深入研究，我们还会碰到更多的问题。
条款1：流 |
难度：2 |
在动态地使用不同的输入输出流——包括标准控制台流（console stream）和文件时，最佳使用方式是什么？ |
1. std::cin和std::cout的类型是什么？
2. 写一个ECHO程序，让它简单地响应输入，并能通过以下两种方式等效地调用：
ECHO <infile> outfile
ECHO infile outfile
在大多数流行的命令行环境下，第一个命令假定程序从cin获得输入，并将输出发送到cout。第二个命令告诉程序从一个名为infile的文件中获得输入，并在名为outfile的文件中产生输出。这个程序应该能够支持以上所有的输入/输出选项。
解答 |
1. std::cin和std::cout的类型是什么？
简短地回答，cin实际上是：
std::basic_istream<char, std::char_traits<char> >
cout实际上是：
std::basic_ostream<char, std::char_traits<char> >
下面是较详细的回答，它通过一些标准的typedef和模板向你展示答案的来龙去脉。首先，cin和cout具有的类型分别是std::istream和std::ostream。接着，这些类型是std::basic_istream<char>和std::basic_ostream<char>的typedef。最后，考虑到模板参数的默认值，我们得到上面的答案。
注意：如果你使用的iostream子系统是C++标准制定之前的实现版本，你可能还会看到一些中间类（intermediate class），例如istream_with_assign。但这些类在标准中是不存在的。
2. 写一个ECHO程序，让它简单地响应输入，并能通过以下两种方式等效地调用：
ECHO <infile> outfile
ECHO infile outfile
最精简的方案
对于追求精简代码的人来说，最精简的方案莫过于下面这个程序，它仅包含一条语句：
// 例1-1：惊讶吗？只使用了一条语句
//
#include <fstream>
#include <iostream>
int main( int argc, char* argv[] )
{
using namespace std;
(argc > 2
? ofstream(argv[2], ios::out | ios::binary)
: cout)
<<
(argc > 1
? ifstream(argv[1], ios::in | ios::binary)
: cin)
.rdbuf();
}
这个方案之所以可行，得益于两个相辅相成的条件：第一，basic_ios提供了一个方便的rdbuf()成员函数，它返回某个流对象所使用的streambuf，在本例中，这个流对象也就是cin或临时ifstream对象，二者都派生于basic_ios。第二，basic_ostream提供了一个operator<<()，它正好接受这样的basic_streambuf对象，将其作为输入，然后将输入完全读取。正如法国人会说的那样，“C'est ca”（“就是这样！”）。
逐步趋向更灵活的方案
例1-1中的方案有两个主要缺点：首先，精简会带来晦涩，而且过度的精简不适合应用到产品代码中。
设计准则 |
尽量提高可读性。避免撰写精简代码（即，简洁但难以理解和维护）。避免晦涩。 |
第二，虽然例1-1回答了前面的问题，但只是在对输入进行逐字拷贝的情况下，这种方法才可行。这种功能在目前可能已经够用，但如果将来你需要对输入进行其它处理，例如将字符转换成大写，或是计算字符总数，或删除第三个字符，那该怎么办？这种需要在将来是很合理的；所以，最好我们现在就立即动手，将这些处理工作封装在一个单独的函数中，使这个函数可以多态地（polymorphically）使用正确类型的输入或输出对象：
#include <fstream>
#include <iostream>
int main( int argc, char* argv[] )
{
using namespace std;
fstream in, out;
if( argc > 1 ) in.open ( argv[1], ios::in | ios::binary );
if( argc > 2 ) out.open( argv[2], ios::out | ios::binary );
Process( in.is_open() ? in : cin,
out.is_open() ? out : cout );
}
但如何实现Process()？在C++中，主要有四种方法获得多态行为：虚函数、模板、重载和转换。其中，前两种方法可以直接用在这里，用以表达我们所需要的那种多态。
方法A：模板（编译时多态）
第一种方法使用的是编译时多态，这需要借助于模板；它只需要被传递的对象有一个合适的接口（例如一个名为rdbuf()的成员函数）：
// 例1-2(a)：模板化的Process()
//
template<typename In, typename Out>
void Process( In& in, Out& out ) {
// ... 执行某种更复杂的操作,
// 或只是简单的“out << in.rdbuf();”...
}
方法B：虚函数（运行时多态）
第二种方法使用的是运行时多态，它需要一个条件，即，存在一个具有合适接口的公共基类：
// 例1-2(b)：第一次尝试，一定程度上可行
//
void Process( basic_istream<char>& in,
basic_ostream<char>& out )
{
// ... 执行某种更复杂的操作,
// 或只是简单的“out << in.rdbuf();”...
}
注意，在例1-2(b)中，Process()的参数类型不是basic_ios<char>&，因为那将不允许使用operator<<()。
毫无疑问，例1-2(b)中的方法具有依赖性，它要求输入和输出流必须分别从basic_istream<char>和basic_ostream<char>派生。这一点对我们的例子来说还不错，但要知道，并非所有的流都基于简单的char或者char_traits<char>。例如，宽字符流基于wchar_t，Exceptional C++ [Sutter00]的条款2和3也演示了一些具有不同行为特征的用户自定义traits（在那些例子中，ci_char_traits提供了大小写不分的行为特征），并展示了其潜在的用途。
因而，即使是采用方法B，我们也应该使用模板，让编译器去推导出合适的参数：
// 例1-2(c)：更好的方案
//
template<typename C, typename T>
void Process( basic_istream<C,T>& in,
basic_ostream<C,T>& out )
{
// ... 执行某种更复杂的操作,
// 或只是简单的“out << in.rdbuf();”...
}
有效的工程设计原则
就其本身而言，以上所有答案都是“正确”的；但在目前场合下，我个人倾向于选择方法A。其原因归结于两条很有价值的设计准则。第一条是：
设计准则 |
尽量提高可扩充性。 |
避免写出的代码只能解决当前问题。几乎任何时候，若能写出可扩充的方案，那将是更佳选择——当然，只要我们不太过分。
均衡的判断力是有经验的程序员所具有的一个特征。尤其是，在“编写专用代码，只解决当前问题”（短视，难以扩充）和“编写一个宏大的通用框架去解决本来应该很简单的问题”（追求过度设计）之间，有经验的程序员懂得如何去获取最佳的平衡。
较之例1-1中的方案，方法A具有大致相同的整体复杂度，但除此之外，后者还更易于理解、更具可扩充性。较之方法B，方法A既简单又更具灵活性；它更能适应新的要求，因为它没有了束缚，不只是能和iostream体系打交道。
所以，如果存在两个选择，它们在设计和实现中需要的工作量相同，而且具有大致相当的清晰度和可维护性，那么，请尽量考虑可扩充性。这条建议并不是在教唆你，让你去对一个本来很简单的问题大动干戈——这方面大家以前已经做得够多了。相反，这条建议是一条鼓励：如果稍微思考一下就可以发现，自己正在解决的问题实际上是某个更通用的问题的特例，你就应该多做一些工作，而不要仅仅满足于解决当前问题。这条建议十分正确，因为，在设计中提高了可扩充性，往往意味着同时提高了封装性。
设计准则 |
尽量提高封装性。将关系分离。 |
只要有可能，一段代码——函数或类——应该只知道并且只负责一件事。
可以证明，方法A最出色的地方在于：它展示了关系之间有效的分离。它包括两部分代码，一部分代码知道输入/输出源（source）和目标（sink）中可能的区别，另一部分代码知道如何真正执行处理，这两部分代码被分离开来。这种分离也使得代码的用途更清晰，更易于他人阅读和理解。将关系进行有效的分离是好的工程设计的另一个特征，在本书条款中，我们将不断地看到这一点。
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