C++模板泛化与重构策略的探索-优快云博客

背景简介

本文基于《C++ Templates: The Complete Guide》书籍中的部分内容，深入探讨了C++模板的泛化原理及其在代码重构中的应用。我们将通过分析书中给出的代码示例，理解如何将已有的类和函数提升为模板，并探讨在重构过程中应采取的策略和注意事项。

Opaque类型原则与模板泛化

首先，我们来探讨一个名为 about_creator_t 的结构体，它通过模板和宏定义展示了如何将加号 + 和等于 == 操作符互换使用。这种技术利用了C++模板的强大功能，允许编译时对操作符进行重载，提供了更多的灵活性和表达力。

struct about_creator_t
{
    template <typename float_t>
    inline about_t<float_t> operator+(const float_t f) const
    {
       return about_t<float_t>(f);
    }
};
#define IS_ABOUT == about_creator_t() +

在上述代码中， about_creator_t 的 operator+ 方法定义了一个模板函数，这允许它在编译时被实例化为任意浮点类型。这种做法不仅扩展了类型的应用范围，而且通过模板的泛化提升了代码的复用性。

重构策略

书中进一步讨论了重构时的策略，包括接口适应、内核宏的使用，以及如何处理向后兼容性问题。通过重构，开发者可以提高代码的灵活性和可维护性，同时减少重复代码。

接口适应

重构时，可以将现有的函数或类转换为模板，以适应新的软件需求。例如，书中介绍了 special_vector 类，它通过模板参数 INITIAL_CAPACITY 来控制其初始容量。为了使任意两个 special_vector<double> 之间可以测试相等性，不管它们的初始容量如何，应该将操作符重载方法提升为模板。

template <typename T, size_t N>
class special_vector
{
public:
    template <size_t K>
    bool operator==(const special_vector<T, K>&);
    // ...
};

内核宏

内核宏通常用于那些算法核心非常简单的函数，它们需要在静态和动态代码之间共享。书中提到了一个 sq 函数的例子，它展示了如何通过接口适应技术来重构代码，避免重复，并提供可选的日志记录功能。

template <typename scalar_t, typename logger_t>
inline scalar_t sq(const scalar_t& x, logger_t logger)
{
    const scalar_t result = x*x; // the computation is performed here
    logger(x, result);
    return result;
}

向后兼容性

在重构过程中保持向后兼容性是一个挑战。书中介绍了一种方法，即通过引入新的函数重载来允许调用者选择原始行为或新行为。这通常涉及到封装或接口适应的技术。

template <typename scalar_t>
inline scalar_t sq(const scalar_t& x)
{
    return sq(x, dont_log_at_all());
}

总结与启发

通过对本书章节的分析，我们可以了解到在C++中使用模板进行泛化和重构的重要性。模板不仅提升了代码的灵活性和复用性，而且通过正确地使用接口适应、内核宏和向后兼容性策略，可以帮助我们构建更加健壮、易于维护的代码库。同时，书中提到的即将在C++0x中推出的 constexpr 关键字预示着在编译时计算将变得更加容易和高效。

本文的阅读让我们对C++模板的高级用法有了更深入的理解，同时也提醒我们在重构代码时需要仔细考量各个方面的利弊，以确保最终代码的质量和性能。