C++/CLR泛型與C++模板的對(duì)比

這段代碼成功地聲明了aObj，它同時(shí)還約束了能夠成功地綁定到你的類(lèi)模板的類(lèi)型參數(shù)。例如，如果你編寫(xiě)下面的代碼，aObj的聲明就是非法的（在這種特定的情況下），編譯器會(huì)報(bào)錯(cuò)誤信息：

int demoMethod()
{
Demonstration＜int＞ ^demi =
gcnew Demonstration＜int＞( 1024 );
return dm-＞method();
}

當(dāng)然，其特定的約束是，這個(gè)類(lèi)型參數(shù)必須包含一個(gè)叫做A的類(lèi)型的嵌套聲明。如果它的名字叫做B、C或Z都沒(méi)有關(guān)系。更普通的約束是類(lèi)型參數(shù)必須表示一個(gè)類(lèi)，否則就不允許使用T::范圍操作符。我使用int類(lèi)型參數(shù)同時(shí)違反了這兩條約束。例如，Visual C++編譯器會(huì)生成下面的錯(cuò)誤信息：

error C2825: ’T’: must be a class or namespace when followed by ’::’

C++模板機(jī)制受到的一條批評(píng)意見(jiàn)是：缺乏用于描述這種類(lèi)型約束的形式語(yǔ)法（請(qǐng)注意，在參數(shù)化類(lèi)型的原始設(shè)計(jì)圖紙中，Bjarne Stroustrup論述了曾經(jīng)考慮過(guò)提供顯式約束語(yǔ)法，但是他對(duì)這種語(yǔ)法不太滿意，并選擇了在那個(gè)時(shí)候不提供這種機(jī)制）。也就是說(shuō)，在一般情況下，用戶在閱讀源代碼或相關(guān)的文檔，或者編譯自己的代碼并閱讀隨后的編譯器錯(cuò)誤消息的時(shí)候，才能意識(shí)到模板有隱含約束。

如果你必須提供一個(gè)與模板不匹配的類(lèi)型參數(shù)該怎么辦呢？一方面，我們能做的事情很少。你編寫(xiě)的任何類(lèi)都有一定的假設(shè)，這些假設(shè)表現(xiàn)為某些使用方面的約束。很難設(shè)計(jì)出適合每種情況的類(lèi)；設(shè)計(jì)出適合每種情況和每種可能的類(lèi)型參數(shù)的模板類(lèi)更加困難。

另一方面，存在大量的模板特性為用戶提供了"迂回"空間。例如，類(lèi)模板成員函數(shù)不會(huì)綁定到類(lèi)型參數(shù)，直到在代碼中使用該函數(shù)為止（這個(gè)時(shí)候才綁定）。因此，如果你使用模板類(lèi)的時(shí)候，沒(méi)有使用那些使類(lèi)型參數(shù)失效的方法，就不會(huì)遇到問(wèn)題。

如果這樣也不可行，那么還可以提供該方法的一個(gè)專(zhuān)門(mén)的版本，讓它與你的類(lèi)型參數(shù)關(guān)聯(lián)。在這種情況下，你需要提供Demonstration＜int＞::方法的一個(gè)專(zhuān)用的實(shí)例，或者，更為普遍的情況是，在提供整數(shù)類(lèi)型參數(shù)的時(shí)候，提供整個(gè)模板類(lèi)的專(zhuān)門(mén)的實(shí)現(xiàn)方式。

一般來(lái)說(shuō)，當(dāng)你提到參數(shù)化類(lèi)型可以支持多種類(lèi)型的時(shí)候，你一般談到的是參數(shù)化的被動(dòng)使用--也就是說(shuō)，主要是類(lèi)型的存儲(chǔ)和檢索，而不是積極地操作處理它。

作為模板的設(shè)計(jì)人員，你必須知道自己的實(shí)現(xiàn)對(duì)類(lèi)型參數(shù)的隱含約束條件，并且努力去確保這些條件不是多余的。例如，要求類(lèi)型參數(shù)提供等于和小于操作是合理的；但是要求它支持小于或等于或XOR位運(yùn)算符就不太合理了。你可以通過(guò)把這些操作分解到不同的接口中，或者要求額外的、表示函數(shù)、委托或函數(shù)對(duì)象的參數(shù)來(lái)放松對(duì)操作符的依賴(lài)性。例如，代碼片斷2顯示了一個(gè)本地C++程序員使用內(nèi)建的等于操作符實(shí)現(xiàn)的搜索方法。

代碼片斷2：不利于模板的搜索實(shí)現(xiàn)

template ＜class elemType, int size=1024＞
ref class Container
{
array＜elemType＞ ^m_buf;
int next;

public:
bool search( elemType et )
{
for each ( elemType e in m_buf )
if ( et == e )
return true;
return false;
}

Container()
{
m_buf = gcnew array＜elemType＞(size);
next = 0;
}

void add( elemType et )
{
if ( next ＞= size )
throw gcnew Exception;
m_buf[ next++ ] = et;
}

elemType get( int ix )
{
if ( ix ＜ next )
return m_buf[ ix ];
throw gcnew Exception;
}
// ...
};

在這個(gè)搜索函數(shù)中沒(méi)有任何錯(cuò)誤。但是，它不太利于使用模板，因?yàn)轭?lèi)型參數(shù)與等于操作符緊密耦合了。更為靈活的方案是提供第二個(gè)搜索方法，允許用戶傳遞一個(gè)對(duì)象來(lái)進(jìn)行比較操作。你可以使用函數(shù)成員模板來(lái)實(shí)現(xiàn)這個(gè)功能。函數(shù)成員模板提供了一個(gè)額外的類(lèi)型參數(shù)。請(qǐng)看一看代碼片斷3。

代碼片斷3：使用模板

template ＜class elemType, int size=1024＞
ref class Container
{
// 其它的都相同 ...
// 這是一個(gè)函數(shù)成員模板...
// 它可以同時(shí)引用包含的類(lèi)參數(shù)和自有參數(shù)...

template ＜class Comparer＞
bool search( elemType et, Comparer comp )
{
for each ( elemType e in m_buf )
if ( comp( et, e ) )
return true;

return false;
}
// ...
};

現(xiàn)在用戶可以選擇使用哪一個(gè)方法來(lái)搜索內(nèi)容了：緊密耦合的等于操作符搜索效率較高，但是不適合于所有類(lèi)型；較靈活的成員模板搜索要求傳遞用于比較的類(lèi)型。

哪些對(duì)象適用這種比較目的？函數(shù)對(duì)象就是普通的用于這種目的的C++設(shè)計(jì)模式。例如，下面就是一個(gè)比較兩個(gè)字符串是否相等的函數(shù)對(duì)象：

class EqualGuy {
public:
bool operator()( String^ s1, String^ s2 )
{
return s1-＞CompareTo( s2 ) == 0;
}
};

代碼片斷4中的代碼顯示了你如何調(diào)用這兩個(gè)版本的搜索成員函數(shù)模板和傳統(tǒng)的版本。

代碼片斷4：兩個(gè)搜索函數(shù)

int main()
{
Container＜String^＞ ^sxc = gcnew Container＜String^＞;
sxc-＞add( "Pooh" );
sxc-＞add( "Piglet" );

// 成員模板搜索 ...
if ( sxc-＞search( "Pooh", EqualGuy() ) )
Console::WriteLine( "found" );
else Console::WriteLine( "not found" );

// 傳統(tǒng)的等于搜索 ...
if ( sxc-＞search( "Pooh" ) )
Console::WriteLine( "found" );
else Console::WriteLine( "not found" );
}

一旦有了模板的概念，你就會(huì)發(fā)現(xiàn)使用模板幾乎沒(méi)有什么事情不是實(shí)現(xiàn)。至少感覺(jué)是這樣的。

泛型約束

與模板不同，泛型定義支持形式約束語(yǔ)法，這些語(yǔ)法用于描述可以合法地綁定的類(lèi)型參數(shù)。在我詳細(xì)介紹約束功能之前，我們簡(jiǎn)短地考慮一下為什么泛型選擇了提供約束功能，而模板選擇了不提供這個(gè)功能。我相信，最主要的原因是兩種機(jī)制的綁定時(shí)間之間差異。

模板在編譯的過(guò)程中綁定，因此無(wú)效的類(lèi)型會(huì)讓程序停止編譯。用戶必須立即解決這個(gè)問(wèn)題或者把它重新處理成非模板編程方案。執(zhí)行程序的完整性不存在風(fēng)險(xiǎn)。

另一方面，泛型在運(yùn)行時(shí)綁定，在這個(gè)時(shí)候才發(fā)現(xiàn)用戶指定的類(lèi)型無(wú)效就已經(jīng)太遲了。因此通用語(yǔ)言結(jié)構(gòu)（CLI）需要一些靜態(tài)（也就是編譯時(shí)）機(jī)制來(lái)確保在運(yùn)行時(shí)只會(huì)綁定有效的類(lèi)型。與泛型相關(guān)的約束列表是編譯時(shí)過(guò)濾器，也就是說(shuō)，如果違反的時(shí)候，會(huì)阻止程序的建立。

我們來(lái)看一個(gè)例子。代碼片斷5顯示了用泛型實(shí)現(xiàn)的容器類(lèi)。它的搜索方法假設(shè)類(lèi)型參數(shù)衍生自Icomparable，因此它實(shí)現(xiàn)了該接口的CompareTo方法的一個(gè)實(shí)例。請(qǐng)注意，容器的大小是在構(gòu)造函數(shù)中由用戶提供的，而不是作為第二個(gè)、非類(lèi)型參數(shù)提供的。你應(yīng)該記得泛型不支持非類(lèi)型參數(shù)的。

代碼片斷5：作為泛型實(shí)現(xiàn)的容器

generic ＜class elemType＞
public ref class Container
{
array＜elemType＞ ^m_buf;
int next;
int size;

public:
bool search( elemType et )
{
for each ( elemType e in m_buf )
if ( et-＞CompareTo( e ))
return true;
return false;
}

Container( int sz )
{
m_buf = gcnew array＜elemType＞(size = sz);
next = 0;
}

// add() 和 get() 是相同的 ...

};