當一個類型A的對象中包含另一個類型B的對象時,我們說A與B之間的關系是“組合”。請看示例:
class Address { ... }; // 住址
class PhoneNumber { ... };
class Person {
public:
...
private:
std::string name; // 組合對象
Address address; // 同上
PhoneNumber voiceNumber; // 同上
PhoneNumber faxNumber; // 同上
};
上述示例中,Person對象由string、Address和PhoneNumber三種對象組合而成。在程序員之間,“組合”一詞擁有眾多的同義詞。諸如:分層、包含、聚合和嵌入。
條目32中解釋了公共繼承意味著“A是一個B”。同時組合也有其內涵,事實上它擁有兩個內涵,組合既可以表示“A擁有一個B”,也可以表示“A以B的形式實現”。這是由于在你的軟件中你針對的是兩個不同的領域。你的程序中的一些對象與你正在建模的世界相關,比如人、車、視頻幀等等。這些對象則存在于應用領域。而另一些對象單純是為了程序的具體實現人為創造的,諸如緩沖區、互斥鎖、搜索樹,等等。這些類型的對象則針對軟件中的實現領域。當組合出現在應用域內的對象之間時,它表達的是“A擁有一個B”的關系;而組合出現在實現域中,則意味著“A以B的形式實現”。
上文中的Person類演示了“A包含B”的關系。一個人——Person對象“擁有”一個姓名(name)、一個住址(address)、一個電話號碼(voiceNumber)、一個傳真號碼(faxNumber)、你不能說“人是姓名”、“人是地址”這樣的話。應該說“人有姓名”、“人有住址”。大多數人還是能夠輕易區分“是”和“有”之間的區別的。因此“A是B”和“A擁有B”兩者并不易混淆。
某種意義上講,“A是B”與“A以B的形式實現”二者之間的區別更讓人難以分辨。舉例說,假設你需要一個表示集合的模板,其中容納的對象的數目非常有限。即該集合中不允許存在重復的對象。由于復用在OOP的世界里是十分美妙的事情,你會本能的想到使用標準庫中的set模板。有現成的工具為什么不加以利用呢。
不幸的是,set模板的具體實現中一般每個元素都會有三個指針的開銷。這是因為set通常被實現為平衡搜索樹,這種數據結構確保了查找、插入、刪除操作的時間復雜度均為O(lgn)。在效率至上的環境中,這種設計方案合情合理,然而在你的程序中,空間比速度更加重要,這時標準庫中的set模板就變得水土不服了。看上去你需要另起爐灶。
固然,復用的確是一件美妙的事情。作為數據結構專家的你,對于實現集合有各式各樣的手段,其中之一便是使用鏈表。你當然也了解標準C++庫中有一個list模板,因此你可以去(復)用它。
于是,你決定開辟一個全新的模板Set,由list模板繼承而得。也就是說Set<T>將由list<T>繼承而得。在你的實現中,Set對象實際上將會是一個list對象。于是你這樣聲明Set模板:
template<typename T> // 創建Set:此處是復用list的錯誤做法
class Set: public std::list<T> { ... };
這一方按乍看上去十分完美,實際上卻存有隱患。如條目32所講,如果D是一個B,那么對于B成立的一切對于D也成立。然而,list對象中可以存在重復的元素,因此如果我們先后兩次將3051這個值插入list<int>中,這個表中將存在兩個3051的副本。相反,Set不應含有重復的元素,如果兩次插入3051,那么Set<int>中應僅存在一個該值的副本。于是“Set是一個list”這一說法便不成立了——對于list對象成立的一些結論不適用于Set對象。
由于這兩個類之間的關系不是“A是B”,因此使用公共繼承的方式來構造兩者之間的關系便是錯誤的。我們可以想到Set對象可以“以list的形式實現”,以下是正確的做法:
template<class T> // 創建Set:此處是復用list的正確做法
class Set {
public:
bool member(const T& item) const;
void insert(const T& item);
void remove(const T& item);
std::size_t size() const;
private:
std::list<T> rep; // 代表Set中的數據
};
Set的成員函數可以全方位的依賴list乃至標準庫中其他部分提供的各項功能,因此實現方法是簡單直接的,只要你掌握STL的基本使用方法即可:
template<typename T>
bool Set<T>::member(const T& item) const
{
return std::find(rep.begin(), rep.end(), item) != rep.end();
}
template<typename T>
void Set<T>::insert(const T& item)
{
if (!member(item)) rep.push_back(item);
}
template<typename T>
void Set<T>::remove(const T& item)
{
typename std::list<T>::iterator it =
std::find(rep.begin(), rep.end(), item);
// 此處為何使用typename請參見條目42
if (it != rep.end()) rep.erase(it);
}
template<typename T>
std::size_t Set<T>::size() const
{
return rep.size();
}
這些函數足夠簡單,我們有理由將它們聲明為內聯函數,然而在你做出明確決定之前,我還是建議你去條目30復習一下內聯的相關知識。
一些人可能會說:Set的接口應該更加遵守條目18中討論的主題:“設計接口要易于使用而不易誤用”,是否應該讓Set遵守STL容器的標準,但是這里遵守這些標準需要為Set添加一大批內容,這樣做會淹沒它與list之間的關系。由于本章節討論的中心是這一關系問題,因此這里我犧牲了STL的兼容性,而更多考慮了講述的清晰程度。另外,Set接口的不完善并不會掩蓋此處關于它的無須爭辯的事實:其與list之間的關系并不是“A是B”(盡管乍看上去很像),而是“A以B的形式實現”。
時刻牢記
l 組合與公共繼承之間存在著本質區別。
l 組合在應用領域意味著“A是B”,在實現領域意味著“A以B的形式實現”。