[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++語言專業(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)專欄，匯集2000年10月以來C++社群中頂尖專家的技術(shù)短文，并免費(fèi)公開發(fā)布，精彩紛呈，是每一個(gè)C/C++學(xué)習(xí)者不可錯(cuò)過的資料。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。但是那本書有一個(gè)缺點(diǎn)，不好懂。從風(fēng)格上講，該書與其說是為學(xué)習(xí)者而寫作的教程范本，還不如說是給學(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寫的一個(gè)類。那是她為這個(gè)項(xiàng)目寫的一個(gè)抽象基類，而我的工作就是從中派生出一個(gè)具象類(concrete class)。這個(gè)類的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)來完成實(shí)際的工作。啊，我簡直為自己的進(jìn)步而飄飄然了 哈，Wendy，這回你可難不住我，還有什麼招數(shù)？盡管放馬過來... 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，
“Wendy，你的Mountie類好像不能工作耶，它有一個(gè)private virtual function?！?/P>
“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 我你就沒學(xué)到什麼東西嗎？小菜鳥?！?/P>
真是可惡啊...
“小菜鳥，你全都忘了，訪問控制級(jí)別跟一個(gè)函數(shù)是不是虛擬的根本沒關(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。”
我完全處於下風(fēng)，只好采取干擾戰(zhàn)術(shù)?！昂冒桑退隳阏f的不錯(cuò)，我也還是不明白，何必把它設(shè)為private？”
“我且問你，倘若你不想讓一個(gè)類中的成員函數(shù)被其他的類調(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類實(shí)現(xiàn)，特別是write()函數(shù)的實(shí)現(xiàn)?！?/P>
我正巴不得逃開Wendy那刺人的目光，便轉(zhuǎn)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(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)，用來在保存對(duì)象時(shí)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(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?！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)問題并不難，我組織了一下就回答：“因?yàn)榕缮悓?duì)象需要調(diào)用這兩個(gè)函數(shù)的實(shí)現(xiàn)來讀寫其中的基類對(duì)象?！?/P>
“很好很好，”大蝦差不多滿意了，“不過，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)，必須先把類型信息寫入，再把對(duì)象信息寫入，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的對(duì)象是什麼類型的，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 ”Wendy停頓了一下，“就跟學(xué)習(xí)外國口語一樣，學(xué)習(xí)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(jīng)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(jié)構(gòu)背後隱含的慣用法。比如一個(gè)類有virtual destructor，相當(dāng)于告訴你說：‘嗨，我是一個(gè)多態(tài)基類，來繼承我吧 ＇ 而如果一個(gè)類的destructor不是虛擬的，則相當(dāng)於是在說：‘我不能作為多態(tài)基類，看在老天的份上，別繼承我。＇”
“同樣的，virtual函數(shù)的訪問控制級(jí)別也具有隱含的意義。一個(gè)protected virtual function告訴你：‘你寫的派生類應(yīng)該，哦，可是說是必須調(diào)用我的實(shí)現(xiàn)。＇而一個(gè)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(diào)用我的實(shí)現(xiàn)。＇”
我點(diǎn)點(diǎn)頭，告訴她我懂了，然後追問道：“那麼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(shè)你發(fā)布了這個(gè)類。在寫第二版時(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
}
然而你原來寫的派生類都是企圖override函數(shù)f()而不是do_f()的，你必須改變所有的派生類實(shí)現(xiàn)，只要你錯(cuò)過了一個(gè)類，你的類層次就會(huì)染上先知Meyers所說的‘精神分裂的行徑＇?！盵譯者注：叁見Scott Meyers，Effective C++, Item 37，絕對(duì)不要重新定義繼承而來的非虛擬函數(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)致無數(shù)令人頭痛的問題。首先，所有的客戶都企圖調(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，大部份派生類都回把f()放在public區(qū)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(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控制再來調(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)槲覀兲菀自诨愔性O(shè)置public virtual function了，Java中甚至專門為這種做法建立了interface機(jī)制，現(xiàn)在竟然說這不好 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)問題苦惱。試用期快結(jié)束了，我希望自己解決這個(gè)問題，來證明自己的進(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有過完試用期就被炒了魷魚，就是因?yàn)樗麄儾欢萌绾螌?duì)付那個(gè)大蝦...，別誤會(huì)，我不是說她不好，她是我見過最棒的程序員，可就是有點(diǎn)刻薄古怪...。現(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)類層次(class hierarchy)中增加一個(gè)新的虛函數(shù)，但是這個(gè)類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(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：“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，別無它法。”
“任何問題都可以通過增加間接層次的方法解決。”
我噌地一下跳起來，那是大蝦的聲音，她不知道什麼時(shí)候跑到我背後，“啊喲，您嚇了我一跳...您剛才說什麼？”
“任何問...”
“是的，我聽清楚了，”我也不知道哪來的勇氣，居然敢打斷她，“我只是不知道您從哪冒出來的?！逼鋵?shí)這話只不過是掩飾我內(nèi)心的慌張。
“哈，算了吧，小菜鳥，”大蝦斜 眼看 我，“你以為我不知道你心里想什麼 ”她把聲音提高了八度，直盯 我，“那些可憐的C語言門徒才會(huì)使用switch語句處理不同的對(duì)象類型。你看：”
/* 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. ... */
}
}
“這些人學(xué)習(xí)Stroustrup教主的C++語言時(shí)，最重要的事情就是學(xué)習(xí)如何設(shè)計(jì)好的類層次。”
“沒錯(cuò)，”我又一次打斷她，迫不及待地想讓W(xué)endy明白，我還是有兩下子的，“他們應(yīng)該設(shè)計(jì)一個(gè)Fruit基類，派生出Apple和Orange，用virtual function來作具體的事情。
“很好，小菜鳥。C語言門徒通常老習(xí)慣改不掉。但是，你應(yīng)該知道，通過使用virtual function，你增加了一個(gè)間接層次。”她放下筆，“你所需要的不就是一個(gè)新的虛函數(shù)嗎？”
“是的?？墒俏覜]有權(quán)力這麼干?！?/P>
“因?yàn)槟銦o權(quán)修改類層次，對(duì)吧 ”
“您終於了解了情況，我們沒法動(dòng)它。也不知道這個(gè)該死的類層次是哪個(gè)家伙設(shè)計(jì)的...” 我嘀嘀咕咕 。
“是我設(shè)計(jì)的?！?/P>
“啊...，真的？ 這個(gè)，嘿嘿...”，我極為尷尬。
“這個(gè)類層次必須非常穩(wěn)定，因?yàn)橛锌缙脚_(tái)的問題。但是它的設(shè)計(jì)允許你增加新的virtual function，而不必?zé)﹦赗TTI。你可以通過增加一個(gè)間接層次的辦法解決這個(gè)問題。請(qǐng)問，Personnel::Accept是什麼?”
”嗯，這個(gè)...”
“這個(gè)類實(shí)現(xiàn)了一個(gè)模式，可惜這個(gè)模式的名字起得不太好，是個(gè)PNP，叫Visitor模式。”
[譯者注：PNP，Poor-Named Pattern, 沒起好名字的模式]
“啊，我剛剛讀過Visitor模式。但是那只不過是允許若干對(duì)象之間相互迭代訪問的模式，不是嗎？”
她嘆了一口氣，“這是流行的錯(cuò)誤理解。那個(gè)V，我覺得毋寧說是Visitor，還不如說是Virtual更好。這個(gè)PNP最重要的用途是允許在不改變類層次的前提下，向已經(jīng)存在的類層次中增加新的虛函數(shù)。首先來看看Personnel及其派生類的Accept實(shí)現(xiàn)細(xì)節(jié)?！彼闷鸸P寫下：
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 ); }
“Visitor的基類如下：”
class PersonnelV/*isitor*/
{
public:
virtual void Visit( Personnel& ) = 0;
virtual void Visit( Officer& ) = 0;
virtual void Visit( Captain& ) = 0;
virtual void Visit( First& ) = 0;
};
“啊，我記起來了。當(dāng)我要利用Personnel類層次的多態(tài)性時(shí)，我只要調(diào)用Personnel::Accept(myVisitorObject)。由於Accept是虛函數(shù)，我的myVisitorObject.Visit()會(huì)針對(duì)正確的對(duì)象類型調(diào)用，根據(jù)重載法則，編譯器會(huì)挑選最貼切的那個(gè)Visit來調(diào)用。這不相當(dāng)于增加了一個(gè)新的虛擬函數(shù)了嗎？”
“沒錯(cuò)，小菜鳥。只要類層次支持Accept，我們就可以在不改動(dòng)類層次的情況下增加新的虛函數(shù)了?！?/P>
“好了，我現(xiàn)在知道該怎麼辦了”，我寫道：
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 );
}
大蝦滿意地笑了，“也許這個(gè)模式換一個(gè)名字會(huì)更好理解，可惜世事往往不遂人意...”。
[譯者注：這篇文章我作了一定的刪節(jié)，原文中有稍微多一些的論述，而且提供了兩篇技術(shù)文章的link。]
from: http://jjhou.csdn.net/myan-design-patterns-big5.htm