weidagang2046的專(zhuān)欄

[譯者按] 本文根據(jù)發(fā)表在CUJ Expert Forum上的兩篇文章編譯而成。C/C++ User's Journal是目前最出色的C/C++語(yǔ)言專(zhuān)業(yè)雜志，特別是在C++ Report閉刊之後，CUJ的地位更加突出。CUJ Expert Forum是CUJ主辦的網(wǎng)上技術(shù)專(zhuān)欄，匯集2000年10月以來(lái)C++社群中頂尖專(zhuān)家的技術(shù)短文，并免費(fèi)公開(kāi)發(fā)布，精彩紛呈，是每一個(gè)C/C++學(xué)習(xí)者不可錯(cuò)過(guò)的資料。由Jim Hyslop和Herb Sutter主持的Conversation系列，是CUJ Expert Forum每期必備的精品專(zhuān)欄，以風(fēng)趣幽默的對(duì)話形式講解C++高級(jí)技術(shù)，在C++社群內(nèi)得到廣泛贊譽(yù)。譯者特別挑選兩篇設(shè)計(jì)模式方面的文章，介紹給大家。設(shè)計(jì)模式方面的經(jīng)典著作是GoF的Design Patterns。但是那本書(shū)有一個(gè)缺點(diǎn)，不好懂。從風(fēng)格上講，該書(shū)與其說(shuō)是為學(xué)習(xí)者而寫(xiě)作的教程范本，還不如說(shuō)是給學(xué)術(shù)界人士看的學(xué)術(shù)報(bào)告，嚴(yán)謹(jǐn)有馀，生動(dòng)不足。這一點(diǎn)包括該書(shū)作者和象Bjarne Stroustrup這樣的大師都從不諱言。實(shí)際上Design Pattern并非一定是晦澀難懂的，通過(guò)生動(dòng)的例子，一個(gè)中等水平的C++學(xué)習(xí)者完全可以掌握基本用法，在自己的編程實(shí)踐中使用，得到立竿見(jiàn)影的功效。這兩篇文章就是很好的例證。本文翻譯在保證技術(shù)完整性的前提下作了不少刪節(jié)和修改，以便使文章顯得更緊湊。

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人物介紹：

我 --- 一個(gè)追求上進(jìn)的C++程序員，尚在試用期，聰明但是經(jīng)驗(yàn)不足。

Wendy --- 公司里的技術(shù)大拿，就坐在我旁邊的隔間里，C++大蝦，最了不起的是，她是個(gè)女的 她什麼都好，就是有點(diǎn)刻薄，

          我對(duì)她真是又崇拜又嫉妒。

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I. Virtually Yours?-- Template Method模式

我在研究Wendy寫(xiě)的一個(gè)類(lèi)。那是她為這個(gè)項(xiàng)目寫(xiě)的一個(gè)抽象基類(lèi)，而我的工作就是從中派生出一個(gè)具象類(lèi)(concrete class)。這個(gè)類(lèi)的public部份是這樣的：

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

很正常，virtual destructor表明這個(gè)類(lèi)打算被繼承。那麼再看看其protected部份：

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

也不過(guò)就是一會(huì)兒的功夫，我識(shí)破了Wendy的把戲：她在使用template method模式。public成員函數(shù)read和write是非虛擬的，它們肯定是調(diào)用protected部份do_read/do_write虛擬成員函數(shù)來(lái)完成實(shí)際的工作。啊，我簡(jiǎn)直為自己的進(jìn)步而飄飄然了 哈，Wendy，這回你可難不住我，還有什麼招數(shù)？盡管放馬過(guò)來(lái)... 突然，笑容在我臉上凝固，因?yàn)槲铱吹搅似鋚rivate部份：

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

這是什麼？一個(gè)private純序函數(shù)，能工作麼？我站了起來(lái)，

“Wendy，你的Mountie類(lèi)好像不能工作耶，它有一個(gè)private virtual function。”

“你試過(guò)了？”她連頭都不抬。

“嗯，那倒是沒(méi)有啦，可是想想也不行??？我的派生類(lèi)怎麼能override你的private函數(shù)呢？” 我嘟囔 。

“ ，你倒是很確定啊 ”Wendy的聲音很輕柔，“你怎麼老是這也不行，那也不行的，這幾個(gè)月跟 我你就沒(méi)學(xué)到什麼東西嗎？小菜鳥(niǎo)。”

真是可惡啊...

“小菜鳥(niǎo)，你全都忘了，訪問(wèn)控制級(jí)別跟一個(gè)函數(shù)是不是虛擬的根本沒(méi)關(guān)系。判斷一個(gè)函數(shù)是動(dòng)態(tài)綁定還是靜態(tài)綁定是函數(shù)調(diào)用解析的最後一個(gè)步驟。好好讀讀標(biāo)準(zhǔn)的3.4和5.2.2節(jié)吧。”

我完全處?kù)断嘛L(fēng)，只好采取干擾戰(zhàn)術(shù)?！昂冒?，就算你說(shuō)的不錯(cuò)，我也還是不明白，何必把它設(shè)為private？”

“我且問(wèn)你，倘若你不想讓一個(gè)類(lèi)中的成員函數(shù)被其他的類(lèi)調(diào)用，應(yīng)當(dāng)如何處理？”

“當(dāng)然是把它設(shè)置為private的，” 我回答道。

“那麼你去看看我的Mountie類(lèi)實(shí)現(xiàn)，特別是write()函數(shù)的實(shí)現(xiàn)?！?/P>

我正巴不得逃開(kāi)Wendy那刺人的目光，便轉(zhuǎn)過(guò)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(jí)失誤。還是老是承認(rèn)吧：“好了，我明白了。classID()是一個(gè)實(shí)現(xiàn)細(xì)節(jié)，用來(lái)在保存對(duì)象時(shí)指示具象類(lèi)的類(lèi)型，派生類(lèi)必須覆蓋它，所以必須是純虛的。但是既然是實(shí)現(xiàn)細(xì)節(jié)，就應(yīng)該設(shè)為private的?！?/P>

“這還差不多，小菜鳥(niǎo)?！贝笪r點(diǎn)了點(diǎn)頭，“現(xiàn)在給我解釋一下為什麼do_read()和do_write()是protected的？”

這個(gè)問(wèn)題并不難，我組織了一下就回答：“因?yàn)榕缮?lèi)對(duì)象需要調(diào)用這兩個(gè)函數(shù)的實(shí)現(xiàn)來(lái)讀寫(xiě)其中的基類(lèi)對(duì)象?！?/P>

“很好很好，”大蝦差不多滿意了，“不過(guò)，你再解釋解釋為什麼我不把它們?cè)O(shè)為public的？”

現(xiàn)在我感覺(jué)好多了：“因?yàn)檎{(diào)用它們的時(shí)候必須以一種特定的方式進(jìn)行。比如do_write()函數(shù)，必須先把類(lèi)型信息寫(xiě)入，再把對(duì)象信息寫(xiě)入，這樣讀取的時(shí)候，負(fù)責(zé)生成對(duì)象的模塊首先能夠知道要讀出來(lái)的對(duì)象是什麼類(lèi)型的，然後才能正確地從流中讀取對(duì)象信息。”

“聰明啊，我的小菜鳥(niǎo) ”Wendy停頓了一下，“就跟學(xué)習(xí)外國(guó)口語(yǔ)一樣，學(xué)習(xí)C++也不光是掌握語(yǔ)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(shū)...”

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

大蝦揮了揮她的手，“冷靜，小菜鳥(niǎo)，我不是指先知Coplien的那本書(shū)，我是指某種結(jié)構(gòu)背後隱含的慣用法。比如一個(gè)類(lèi)有virtual destructor，相當(dāng)于告訴你說(shuō)：‘嗨，我是一個(gè)多態(tài)基類(lèi)，來(lái)繼承我吧 ＇ 而如果一個(gè)類(lèi)的destructor不是虛擬的，則相當(dāng)於是在說(shuō)：‘我不能作為多態(tài)基類(lèi)，看在老天的份上，別繼承我。＇”

“同樣的，virtual函數(shù)的訪問(wèn)控制級(jí)別也具有隱含的意義。一個(gè)protected virtual function告訴你：‘你寫(xiě)的派生類(lèi)應(yīng)該，哦，可是說(shuō)是必須調(diào)用我的實(shí)現(xiàn)。＇而一個(gè)private virtual function是在說(shuō)：‘派生類(lèi)可以覆蓋，也可以不覆蓋我，隨你的便。但是你不可以調(diào)用我的實(shí)現(xiàn)。＇”

我點(diǎn)點(diǎn)頭，告訴她我懂了，然後追問(wèn)道：“那麼public virtual function呢？”

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

class HardToExtend 

{

public:

	 virtual void f();

};

 void HardToExtend::f() 

{ 

	// Perform a specific action 

}

“假設(shè)你發(fā)布了這個(gè)類(lèi)。在寫(xiě)第二版時(shí)，需求有所變化，你必須改用Template Method?？墒沁@根本不可能，你知道為什麼？”

“呃，這個(gè)...，不知道?！?/P>

“由兩種可能的辦法。其一，將f()的實(shí)現(xiàn)代碼轉(zhuǎn)移到一個(gè)新的函數(shù)中，然後將f()本身設(shè)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(lái)寫(xiě)的派生類(lèi)都是企圖override函數(shù)f()而不是do_f()的，你必須改變所有的派生類(lèi)實(shí)現(xiàn)，只要你錯(cuò)過(guò)了一個(gè)類(lèi)，你的類(lèi)層次就會(huì)染上先知Meyers所說(shuō)的‘精神分裂的行徑＇。”[譯者注：叁見(jiàn)Scott Meyers，Effective C++, Item 37，絕對(duì)不要重新定義繼承而來(lái)的非虛擬函數(shù)]

“另一種辦法是將f()移到private區(qū)域，引入一個(gè)新的non-virtual函數(shù)：”

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

“這會(huì)導(dǎo)致無(wú)數(shù)令人頭痛的問(wèn)題。首先，所有的客戶(hù)都企圖調(diào)用f()而不是call_f()，現(xiàn)在它們的代碼都不能編譯了。更有甚者，大部份派生類(lèi)都回把f()放在public區(qū)域中，這樣直接使用派生類(lèi)的用戶(hù)可以訪問(wèn)到你本來(lái)想保護(hù)的細(xì)節(jié)?！?/P>

“對(duì)待虛函數(shù)要象對(duì)待數(shù)據(jù)成員一樣，把它們?cè)O(shè)為private的，直到設(shè)計(jì)上要求使用更寬松的訪問(wèn)控制再來(lái)調(diào)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(dá)的思想具有一定的顛覆性，因?yàn)槲覀兲菀自诨?lèi)中設(shè)置public virtual function了，Java中甚至專(zhuān)門(mén)為這種做法建立了interface機(jī)制，現(xiàn)在竟然說(shuō)這不好 一時(shí)間真是接受不了。但是仔細(xì)體會(huì)作者的意思，他并不是一般地反對(duì)public virtual function，只是在template method大背景下給出上述原則。雖然這個(gè)原則在一般的設(shè)計(jì)中也是值得考慮的，但是主要的應(yīng)用領(lǐng)域還是在template method模式中。當(dāng)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。]

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II. Visitor模式

我正在為一個(gè)設(shè)計(jì)問(wèn)題苦惱。試用期快結(jié)束了，我希望自己解決這個(gè)問(wèn)題，來(lái)證明自己的進(jìn)步。每個(gè)人都記得自己的第一份工作吧，也都應(yīng)該知道在這個(gè)時(shí)候把活兒做好是多麼的重要 我親眼看到其他的新雇員沒(méi)有過(guò)完試用期就被炒了魷魚(yú)，就是因?yàn)樗麄儾欢萌绾螌?duì)付那個(gè)大蝦...，別誤會(huì)，我不是說(shuō)她不好，她是我見(jiàn)過(guò)最棒的程序員，可就是有點(diǎn)刻薄古怪...?，F(xiàn)在我拜她為師，不為別的，就是因?yàn)槲沂窒Ｍ?FONT color=#8080ff>達(dá)到她那個(gè)高度。

我想在一個(gè)類(lèi)層次(class hierarchy)中增加一個(gè)新的虛函數(shù)，但是這個(gè)類(lèi)層次是由另外一幫人維護(hù)的，其他人碰都不能碰：

class Personnel
{
public:
  virtual void Pay ( /*...*/ ) = 0;
  virtual void Promote( /*...*/ ) = 0;
  virtual void Accept ( PersonnelV& ) = 0;
  // ... other functions ...
};

class Officer : public Personnel { /* override virtuals */ };
class Captain : public Officer { /* override virtuals */ };
class First : public Officer { /* override virtuals */ };

我想要一個(gè)函數(shù)，如果對(duì)象是船長(zhǎng)(Captain)就這麼做，如果是大副(First Officer)就那麼做。Virtual function正是解決之道，在Personnel或者Officer中聲明它，而在Captain和First覆蓋(override)它。

糟糕的是，我不能增加這麼一個(gè)虛函數(shù)。我知道可以用RTTI給出一個(gè)解決方案：

void f( Officer &o )
{
  if( dynamic_cast<Captain*>(&o) )
    /* do one thing */
  else if( dynamic_cast<First*>(&o) )
    /* do another thing */
}

int main()
{
  Captain k;
  First s;
  f( k );
  f( s );
}

但是我知道使用RTTI是公司編碼標(biāo)準(zhǔn)所排斥的行為，我對(duì)自己說(shuō)：“是的，雖然我以前不喜歡RTTI，但是這回我得改變對(duì)它的看法了。很顯然，除了使用RTTI，別無(wú)它法?！?/P>

“任何問(wèn)題都可以通過(guò)增加間接層次的方法解決?！?/STRONG>

/* A not-atypical C program */
void f(struct someStruct *s)
{
  switch(s->type) {
  case APPLE:
    /* do one thing */
    break;
  case ORANGE:
    /* do another thing */
    break;
  /* ... etc. ... */
  }
}

void Personnel::Accept( PersonnelV& v )
  { v.Visit( *this ); }

void Officer::Accept ( PersonnelV& v )
  { v.Visit( *this ); }

void Captain::Accept ( PersonnelV& v )
  { v.Visit( *this ); }

void First::Accept ( PersonnelV& v )
  { v.Visit( *this ); }

class PersonnelV/*isitor*/
{
public:
  virtual void Visit( Personnel& ) = 0;
  virtual void Visit( Officer& ) = 0;
  virtual void Visit( Captain& ) = 0;
  virtual void Visit( First& ) = 0;
};

class DoSomething : public PersonnelV
{
public:
  virtual void Visit( Personnel& );
  virtual void Visit( Officer& );
  virtual void Visit( Captain& );
  virtual void Visit( First& );
};

void DoSomething::Visit( Captain& c )
{
  if( femaleGuestStarIsPresent )
    c.TurnOnCharm();
  else
    c.StartFight();
}

void DoSomething::Visit( First& f )
{
  f.RaiseEyebrowAtCaptainsBehavior();
}

void f( Personnel& p )
{
  p.Accept( DoSomething() ); // 相當(dāng)于 p.DoSomething()
}

int main()
{
  Captain k;
  First s;

  f( k );
  f( s );
}