[笔记]《Effective C++》第七章 Templates and Generic Programming

C++ template机制自身是一部完整的图灵机（Turing-complete）：它可以被用来计算任何可计算的值。

条款41：Understand implicit interfaces and compile-time polymorphism.

1. classes和templates都支持接口（interfaces）和多态（polymorphism）。
2. 对classes而言接口是显式的（explicit），以函数签名为中心。多态则是通过virtual函数发生于运行期。
3. 对template参数而言，接口是隐式的（implicit），奠基于有效表达式。多态则是通过template具现化和函数重载解析（function overloading resolution）发生于编译期。

• 在OOP（面向对象编程）中，总是以显式接口（explicit interfaces）和运行期多态（runtime polymorphism）解决问题。
• 在Templates及泛型编程中，显式接口和运行期多态仍然存在，但重要性降低。反倒是隐式接口（implicit interfaces）和编译期多态（compile-time polymorphism）移到前头了。
  • “以不同的template参数具现化function templates”会导致调用不同的函数，这便是所谓的编译期多态（compile-timepolymorphism）。
  • 通常显式接口由函数的签名式（也就是函数名称、参数类型、返回类型）构成。

class Widget{
public:
  Widget();
  virtual ~Widget();
  virtual std::size_t size() const;
  virtual void normalize();
  void swap(Widget& other);
};

• 隐式接口并不基于函数签名式，而是由有效表达式（valid expressions）组成。

template<typename T>
void doProcessing(T& w)
{
  if(w.size() > 10 && w != someNastyWidget)
  {
    T temp(w);
    temp.normalize();
    temp.swap(w);
  }
}

• 加诸于template参数身上的隐式接口，就像加诸于class对象身上的显式接口一样真实，而且两者都在编译期完成检查。

条款42：Understand the two meanings of typename.

1. 声明template参数时，前缀关键字class和typename可互换。
2. 请使用关键字typename标识嵌套从属类型名称；但不得在base class lists（基类列）或member initialization list（成员初值列）内以它作为base class修饰符。

• template内出现的名称如果相依于某个template参数，称之为从属名称（dependent names）。如果从属名称在 class 内呈嵌套状，我们称它为嵌套从属名称（nested dependent name）。
• C++有个规则可以解析（resolve）此一歧义状态：如果解析器在template中遭遇一个嵌套从属名称，它便假设这名称不是个类型，除非你告诉它是。
• 任何时候当你想要在template中指涉一个嵌套从属类型名称，就必须在紧临它的前一个位置放上关键字 typename。

条款43：Know how to access names in templatized base classes.

我们必须有某种办法令C++“不进入templatized base classes观察”的行为失效。

• 第一是在base class函数调用动作之前加上"this->"：

template< typename Company>
class LoggingMsgSender : public MsgSender<Company> {
public:
  ...
  void sendClearMsg(const MsgInfo& info)
  {
    //将“传送前”的信息写至log;
    this->sendClear(info);  //成立，假设sendClear将被继承。
    //将“传送后”的信息写至log;
  }
  ...
};

• 第二是使用using声明式。

template< typename Company>
class LoggingMsgSender : public MsgSender<Company> {
public:
  using MsgSender<Company>::sendClear;  //告诉编译器，请它假设sendClear位于base class内。
  ...
  void sendClearMsg(const MsgInfo& info)
  {
    ...
    sendClear(info);  //成立，假设sendClear将被继承。
    ...
  }
  ...
};

• 第三个做法是，明白指出被调用的函数位于baseclass内。但这往往是最不让人满意的一个解法，因为如果被调用的是virtual函数，上述的明确资格修饰（explicit qualification）会关闭“virtual绑定行为”。

template< typename Company>
class LoggingMsgSender : public MsgSender<Company> {
public:
  ...
  void sendClearMsg(const MsgInfo& info)
  {
    ...
    MsgSender<Company>::sendClear(info);  //成立，假设sendClear将被继承。
    ...
  }
  ...
};

条款44：Factor parameter-independent code out of templates.

1. Templates生成多个classes和多个函数，所以任何template代码都不该与某个造成膨胀的template参数产生相依关系。
2. 因非类型模板参数（non-type template parameters）而造成的代码膨胀，往往可消除，做法是以函数参数或class成员变量替换template参数。
3. 因类型参数（type parameters）而造成的代码膨胀，往往可降低，做法是让带有完全相同二进制表述（binary representations）的具现类型（instantiation types）共享实现码。

条款45：Use member function templates to accept"all compatible types."

1. 请使用member function templates（成员函数模板）生成“可接受所有兼容类型”的函数。
2. 如果你声明member templates用于“泛化copy构造”或“泛化assignment操作”，你还是需要声明正常的copy构造函数和copy assignment操作符。

• STL容器的迭代器几乎总是智能指针。

条款46：Define non-member functions inside templates when type conversions are desired.

• 当我们编写一个class template，而它所提供之“与此template相关的”函数支持“所有参数之隐式类型转换”时，请将那些函数定义为“class template 内部的friend函数”。
• 在template实参推导过程中从不将隐式类型转换函数纳入考虑。
• template class内的friend声明式可以指涉某个特定函数。

条款47：Use traits classes for information about types.

1. Traits classes使得“类型相关信息”在编译期可用。它们以templates和“templates特化”完成实现。
2. 整合重载技术（overloading）后，traits classes有可能在编译期对类型执行if...else测试。

• STL迭代器分类：
  • Input迭代器：只能向前移动，一次一步，客户只可读取（不能涂写）它们所指的东西，而且只能读取一次。
  • Output迭代器：只能向前移动，一次一步，客户只可涂写它们所指的东西，而且只能涂写一次。
  • forward迭代器：可以做前述两种分类所能做的每一件事，而且可以读或写其所指物一次以上。
  • Bidirectional迭代器：除了可以向前移动，还可以向后移动。
  • random access迭代器：可以在常量时间内向前或向后跳跃任意距离。
  • 所有forward迭代器都是input迭代器，依此类推。
• 如何设计并实现一个traits class：
  • 确认若干你希望将来可取得的类型相关信息。
  • 为该信息选择一个名称（例如iterator_category）。
  • 提供一个template和一组特化版本，内含你希望支持的类型相关信息。
• 如何使用一个traits class：
  • 建立一组重载函数（身份像劳工）或函数模板，彼此间的差异只在于各自的traits参数。令每个函数实现码与其接受之traits信息相应和。
  • 建立一个控制函数（身份像工头）或函数模板，它调用上述那些“劳工函数”并传递traits class所提供的信息。

条款48：Be aware of template metaprogramming.

• Template metaprogramming（TMP，模板元编程）是编写template-based C++程序并执行于编译期的过程。
• 所谓template metaprogram（模板元程序）是以C++写成、执行于C++编译器内的程序。一旦TMP程序结束执行，其输出，也就是从templates具现出来的若干C++源码，便会一如往常地被编译。
• TMP的优缺点：
  • 让某些事情更容易。
  • 可将工作从运行期转移到编译期。某些错误原本通常在运行期才能侦测到，现在可在编译期找出来。
  • 更高效：较小的可执行文件、较短的运行期、较少的内存需求。
  • 编译时间变长。