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[譯著]在模板方法中的一些"反常"用法

作者: Jerry Cat
時間: 2006/05/19
鏈接:? http://www.shnenglu.com/jerysun0818/archive/2006/05/19/7393.html

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I. Virtually Yours -- Template Method模式
我在研究Wendy寫的一個類。那是她為這個項目寫的一個抽象基類，而我的工作就是從中派生出一個具象類(concrete class)。這個類的public部分是這樣的：

class Mountie {
public:
??? void read( std::istream & );
??? void write( std::ostream & ) const;
??? virtual ~Mountie();

很正常，virtual destructor表明這個類打算被繼承。那么再看看其protected部分：

protected:
??? virtual void do_read( std::istream & );
??? virtual void do_write( std::ostream & ) const;

也不過就是一會兒的功夫，我識破了Wendy的把戲：她在使用template method模式。public成員函數read和write是非虛擬的，它們肯定是調用protected部分do_read/do_write虛擬成員函數來完成實際的工作。啊，我簡直為自己的進步而飄飄然了！哈，Wendy，這回你可難不住我，還有什么招數？盡管放馬過來... 突然，笑容在我臉上凝固，因為我看到了其private部分：

private:
??? virtual std::string classID() const = 0;

這是什么？一個private純虛函數，能工作么？我站了起來，

“Wendy，你的Mountie類好像不能工作耶，它有一個private virtual function。”

“你試過了？”她連頭都不抬。

“嗯，那倒是沒有啦，可是想想也不行啊？我的派生類怎么能override你的private函數呢？” 我嘟囔著。

“嗬，你倒是很確定啊！”Wendy的聲音很輕柔，“你怎么老是這也不行，那也不行的，這幾個月跟著我你就沒學到什么東西嗎？小菜鳥。”

真是可惡啊...

“小菜鳥，你全都忘了，訪問控制級別跟一個函數是不是虛擬的根本沒關系。判斷一個函數是動態綁定還是靜態綁定是函數調用解析的最后一個步驟。好好讀讀標準的3.4和5.2.2節吧。”

我完全處于下風，只好采取干擾戰術。“好吧，就算你說的不錯，我也還是不明白，何必把它設為private？”

“我且問你，倘若你不想讓一個類中的成員函數被其他的類調用，應當如何處理？”

“當然是把它設置為private的，” 我回答道。

“那么你去看看我的Mountie類實現，特別是write()函數的實現。”

我正巴不得逃開Wendy那刺人的目光，便轉過頭去在我的屏幕上搜索，很快，我找到了：

void Mountie::write(std::ostream &Dudley) const
{
??? Dudley << classID() << std::endl;
??? do_write(Dudley);
}

嗨，最近卡通片真是看得太多了，居然犯這樣的低級失誤。還是老是承認吧：“好了，我明白了。classID()是一個實現細節，用來在保存對象時指示具象類的類型，派生類必須覆蓋它，所以必須是純虛的。但是既然是實現細節，就應該設為private的。”

“這還差不多，小菜鳥。”大蝦點了點頭，“現在給我解釋一下為什么do_read()和do_write()是protected的？”

這個問題并不難，我組織了一下就回答：“因為派生類對象需要調用這兩個函數的實現來讀寫其中的基類對象。”

“很好很好，”大蝦差不多滿意了，“不過，你再解釋解釋為什么我不把它們設為public的？”

現在我感覺好多了：“因為調用它們的時候必須以一種特定的方式進行。比如do_write()函數，必須先把類型信息寫入，再把對象信息寫入，這樣讀取的時候，負責生成對象的模塊首先能夠知道要讀出來的對象是什么類型的，然后才能正確地從流中讀取對象信息。”

“聰明啊，我的小菜鳥！”Wendy停頓了一下，“就跟學習外國口語一樣，學習C++也不光是掌握語法而已，還必須要掌握大量的慣用法。”

“是啊是啊，我正打算讀Coplien的書...”

[譯者注：就是James Coplien 1992年的經典著作Advanced C++ Programming Style and Idioms]

大蝦揮了揮她的手，“冷靜，小菜鳥，我不是指先知Coplien的那本書，我是指某種結構背后隱含的慣用法。比如一個類有virtual destructor，相當于告訴你說：‘嗨，我是一個多態基類，來繼承我吧！’ 而如果一個類的destructor不是虛擬的，則相當于是在說：‘我不能作為多態基類，看在老天的份上，別繼承我。’”

“同樣的，virtual函數的訪問控制級別也具有隱含的意義。一個protected virtual function告訴你：‘你寫的派生類應該，哦，可是說是必須調用我的實現。’而一個private virtual function是在說：‘派生類可以覆蓋，也可以不覆蓋我，隨你的便。但是你不可以調用我的實現。’”

我點點頭，告訴她我懂了，然后追問道：“那么public virtual function呢？”

“盡可能不要使用public virtual function。”她拿起一支筆寫下了以下代碼：

class HardToExtend
{
public:
? virtual void f();
};
?void HardToExtend::f()
{
?// Perform a specific action
}

“假設你發布了這個類。在寫第二版時，需求有所變化，你必須改用Template Method。可是這根本不可能，你知道為什么？”

“呃，這個...，不知道。”

“由兩種可能的辦法。其一，將f()的實現代碼轉移到一個新的函數中，然后將f()本身設為non-virtual的：

class HardToExtend
{
// possibly protected
??? virtual void do_f();
public:
??? void f();
};
void HardToExtend::f()
{
??? // pre-processing
??? do_f();
??? // post-processing
}
void HardToExtend::do_f()
{
??? // Perform a specific action
}

然而你原來寫的派生類都是企圖override函數f()而不是do_f()的，你必須改變所有的派生類實現，只要你錯過了一個類，你的類層次就會染上先知Meyers所說的‘精神分裂的行徑’。” [譯者注：參見Scott Meyers，Effective C++, Item 37，絕對不要重新定義繼承而來的非虛擬函數]

“另一種辦法是將f()移到private區域，引入一個新的non-virtual函數：”

class HardToExtend
{
// possibly protected
??? virtual void f();
public:
??? void call_f();
};

“這會導致無數令人頭痛的問題。首先，所有的客戶都企圖調用f()而不是call_f()，現在它們的代碼都不能編譯了。更有甚者，大部分派生類都回把f()放在public區域中，這樣直接使用派生類的用戶可以訪問到你本來想保護的細節。”

“對待虛函數要象對待數據成員一樣，把它們設為private的，直到設計上要求使用更寬松的訪問控制再來調整。要知道由private入public易，由public入private難啊！”

[譯者注：這篇文章所表達的思想具有一定的顛覆性，因為我們太容易在基類中設置public virtual function了，Java中甚至專門為這種做法建立了interface機制，現在竟然說這不好！一時間真是接受不了。但是仔細體會作者的意思，他并不是一般地反對public virtual function，只是在template method大背景下給出上述原則。雖然這個原則在一般的設計中也是值得考慮的，但是主要的應用領域還是在template method模式中。當然，template method是一種非常有用和常用的模式，因此也決定了本文提出的原則具有廣泛的意義。]