C/C++编程:了解隐式接口和编译器多态

面向对象编程总是以显式接口和运行期多态解决问题。举个例子,给定这样“无意义”的类

class Widget{
public:
	Widget();
	virtual ~Widget();
	virtual std::size_t size() const;
	virtual void normalize();
	void swap(Widget& other);
};

和这样“无意义”的函数:

void doProcessing(Widget & w){
	if(w.size() > 10 & w != someNestyWidget){
		Widget temp(w);
		temp.normaliza();
		temp.swap(w);
	}
}

我们可以这样说doProcessing内的w:

  • 由于w的类型被声明为Widget,所以w必须支持Widget接口。我们可以在widget.h中找出这个接口,看看它是什么样子,所以我们称之为一个显式接口,也就是它在源码中明确可见
  • 由于Widget的某些成员函数是virtual,w对那些函数的调用将表现出运行期多态,也就是将于运行期根据w的动态类型决定究竟调用哪一个函数。

模板以及泛型编程世界,与面向对象有根本的不同。在此世界中显式接口和运行期多态依旧存在,但重要性降低。隐式接口和编译期多态更重要:

template<typename T>
void doProcessing(T & w){
	if(w.size() > 10 & w != someNestyWidget){
		Widget temp(w);
		temp.normaliza();
		temp.swap(w);
	}
}

我们可以这样说doProcessing内的w:

  • w必须支持哪一种接口,是由模板中执行在w身上的操作来决定。上面w的类型T必须支持size、不等比较、拷贝构造、normalize、swap这几种函数。这些就是T必须支持的一组隐式接口
  • 凡涉及到w的任何函数调用,比如operator!=,有可能造成模板具现化。这样的具现行为发生在编译期,“以不同的模板参数具现化函数模板”会导致调用不同的函数,这就是编译期多态

编译期多态 VS 运行期多态

  • 编译期多态:哪一个重载函数被调用
  • 运行期多态:哪一个虚函数被绑定

显式接口 VS 隐式接口

  • 通常显式接口有函数的签名(也就是函数名称、参数类型、返回类型)构成。
class Widget{
public:
	Widget();
	virtual ~Widget();
	virtual std::size_t size() const;
	virtual void normalize();
	void swap(Widget& other);
};

比如Widget类中public接口由构造函数、析构函数、函数size,normalize,swap及其参数类型、返回值类型、常量性组成,当然也包括编译期产生的拷贝构造函数和拷贝运算符。另外也可以包括typedef、成员变量(不建议成员变量声明为public)

  • 隐式接口:它并不基于函数签名式,而是由有效表达式组成。
```cpp
template<typename T>
void doProcessing(T & w){
	if(w.size() > 10 & w != someNestyWidget){

看起来T的隐式接口必须由这些约束

  • 它必须提供一个叫做size()的成员函数,该函数返回一个整数值
  • 它必须支持一个叫做operator!=的函数,用来比较两个对象

实际上这个两个约束都不需要满足

  • T必须支持成员函数,但是这个函数也可以从基类继承。这个函数不一定返回int,它唯一要做的是返回一个类型为X的对象,而X对象加上一个int(10的类型)必须能够调用一个operator>
  • 同理,T并不需要支持operator!=

可以看出,隐式接口仅仅是由一组有效表达式组成

请记住

  • 类和模板都支持接口(interface)和多态
  • 对类而言接口是显式的,以函数前面为中心。多态是通过vritual函数发生在运行期
  • 对模板参数而言,接口是隐式的,是基于有效表达式的。多态则是通过模板具现化和函数重新解析发生于编译期
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