关注C++0x: Concept

　　要说C++0x中对泛型编辑最大的改变，当属Concept了。
Concept这个东西，其实并不是刚刚提出来的。可以说，Concept是STL的基础。

STL之于C++的地位不言而寓，而其中最重要的，当属迭代器(Iterator)的概念(Concept)了。这是接触STL后得到的最明显的Concept。有了迭代器，就可以将算法与容易分离开来，这样就奠定了STL的基础。于是一个又一个服务于STL的概念(Concept)就诞生了。
不过相信大多数人只是直接使用STL，因此对于Concept没有什么印象。一旦涉及到自行创建程序库，特别是创建相容于STL规范的容器或算法的时候，就肯定要接触到STL中的一堆Concept了。
举个简单的例子，如何实现一个Iterator？STL中的Iterator有几个类别：ForwardIterator、BidirectionalIterator、RandomAccessIterator等5类。现在需要实现一个用于vector容器的Iterator，显然是要符合上述三种类型。但是要从STL找到象ForwardIterator的通用类，肯定是找不到。最多只能找到一个Iterator的通用定义：

template<class Category, class Type, class Distance = ptrdiff_t
   class Pointer = Type*, class Reference = Type&>
   struct iterator {
   typedef Category iterator_category;
   typedef Type value_type;
   typedef Distance difference_type;
   typedef Pointer pointer;
   typedef Reference reference;
   };

很昏倒吧，全是typedef。至于更具体的Concept，只好打开C++的标准文档了，想要满足ForwardIterator要哪些需求，满足RandomAccessIterator要哪些需求，然后对照着去实现。
至于实现后的Iterator是否真的符合这些Concept，就只好摸摸自已的良心，问问是否完全测试过了。
为什么会这样呢？因为这些Concept目前只停留在文档中。C++编译器对Concep完全没有概念。更过份的是，C++编译器甚至完全看不到或只看到一部份刚才定义的Iterator－－因为大多数编译器仅对确实需要具现化的类或成员才进行编译。

比如：

template<typename T>
class test
{
public:
    void kill_cpp(T t)
    {
        不要调用我啊！
    }
};
int main(int argc, char* argv[])
{
    test<int> t;
    //t.kill_cpp(0);
    return 0;
}

编译就完全通过，C++编译器对“不要调用我啊！”这几个字视而不见。我有时候就利用这个特点，以保证某些函数确实不应该被调用，而一旦被误调用了，还可以有一个能看得明白的错误信息：

error C2065: '不要调用我啊！': undeclared identifier  (VC2008 Beta2)

也许STL的Concept还比较少接触。那么在写泛型程序时，也总会遇到一些类似的情形。比如下面的代码：

template<typename T>
static void Show(const T& t)
{
    cout << t.Message() << endl;
}

这个函数用于显示某个类的信息。显然，它要求该类型必须拥有 Message 成员函数。但这个函数的用户知道吗？也许知道，因为你文档写的很详细。可是一旦用户忘记或者误用了，那麻烦就出来了，肯定是一堆错误信息。这个例子还比较简单，也就多几个错误信息，稍微仔细查看，还是能够解决问题。那么下面的例子：

#include <list>
#include <algorithm>
using namespace std;

int main(int argc, char* argv[])
{
    list<int> lst;
    sort(lst.begin(), lst.end());
    return 0;
}

这个例子将会产生一大堆的错误信息，足以让刚接触到的人如坠云雾。而实际原因只不过是list的iteraotr不是RandomAccessIterator(也就是说list不能象数组一样随机访问，所以不能使用sort函数)。

Java和.NET等新加入泛型编程特性的语言，对此自然深有体会，不约而同都加入了模板约束的机制。假如让.NET来实现这个sort的话，它可能会这么写：

void sort<T>(T container) where T : IEnumerable
{
 
}

这样，当container被代入共它类型，如int时，编译时将会给出明确的错误：

The type 'int' cannot be used as type parameter 'T' in the generic type or method sort<T>(T)'.
There is no boxing conversion from 'int' to 'System.Collections.IEnumerable'.　（VC# 2008 Beta2)

是啊，模板约束很有用，至少可以让我们放心，编译器会帮我们检查那个T要满足什么条件。于是开始羡慕起Java和C#了：毕竟是后来者，把C++的优点采用了，缺点补上了...
为了让C++也能拥有这个特性，C++的模板库编写者真的是费尽心思。类似模板元编程等技术横空出世。boost有相当部份的程序类在为此努力。但是所有的努力，都仅仅只能让程序库的易用性有一些改善，却大大增加了程序库的编写复杂度和可维护性。势必在C++语言中内置相关的特性，才是最终的解决方案。

盼啊盼啊，终于盼来了C++0x，而且令人惊喜的是，C++并没有采用Java和C#那一套模板约束的方式，而是将STL的Concept从文档化变成语言特性了。这个变化我认为是革命性的，而且还带来了前所未有的新的编程方式，将创建继模板以来的新的流行－－可以预见，C#和Java最终也将会采用这个特性。
Concept的应用包含了C#和Java中的模板约束，但不止于此。模板约束仅仅是基本。

对于上面sort的例子，在C++0x中将会出现比较简洁的错误信息：

sort.cpp: In function 'void f()':
sort.cpp:7: error: no matching function for call to 'sort(std::_List_iterator<int>, std::_List_iterator<int>)'
<path>: note: candidates are: void std::sort(_Iter, _Iter) [with _Iter = std::_List_iterator<int>] <where clause>
sort.cpp:7: note:   no concept map for requirement 'std::MutableRandomAccessIterator<std::_List_iterator<int> >'

错误信息一条：找不到可用的sort函数。
提示信息一条：List的Iterator没有到MutableRandomAccessIterator的映射。
稍微动一下脑，也就明白sort是需要随机访问的Iterator，而List既没有该类别的Iterator，也没有可以到该类别的Iterator的映射。
解决方法有两个：一是换用有随机访问的Iterator的容器，如vector；一是实现一个到MutableRandomAccessIterator的映射。

Concept目前在C++0x的提案已经确认肯定会被通过了。Concept引入C++，目的是要让模板库得容易使用，和容易编写。

对Concept有兴趣的朋友可以查看相关的文档。也许因为C++0x众多令人激动的特性，我会用我的方式进行一一表达。

相关链接：
http://del.icio.us/pongbablog/cplusplus
　　《C++0x漫谈》系列之：Concept, Concept!
　　C++0x展望[语言核心进化]
呵呵，偷一下懒，刘未鹏的文章推荐对C++0x感兴趣的朋友观看，文后所附的资料及相关的标准提案相当详细。这里就不照抄了。