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Bjarne Stroustrup的FAQ:C++的风格与技巧

2013年09月19日 ⁄ 综合 ⁄ 共 14550字 ⁄ 字号 评论关闭

Bjarne Stroustrup的FAQ:C++的风格与技巧
翻译:左轻侯

(译注:本文的翻译相当艰苦。Bjarne Stroustrup不愧是创立C++语言的一代大师,不但思想博大精
深,而且在遣词造句上,也非常精微深奥。有很多地方,译者反复斟酌,都不能取得理想的效果,只能尽
力而为。
Html格式的文档见译者主页:
http://www.wushuang.net
如果你对这个翻译稿有任何意见和建议,请发信给译者:onekey@163.com
原文的地址为:
http://www.research.att.com/~bs/bs_faq2.html

(Bjarne Stroustrup博士,1950年出生于丹麦,先后毕业于丹麦阿鲁斯大学和英国剑挢大学,AT&T大规模程序设计研究部门负责人,AT&T 贝尔实验室和ACM成员。1979年,B. S开始开发一种语言,当时称为"C with Class",后来演化为C++。1998年,ANSI/ISO C++标准建立,同年,B. S推出其经典著作The C++ Programming Language的第三版。)

这是一些人们经常向我问起的有关C++的风格与技巧的问题。如果你能提出更好的问题,或者对这些答案有所建议,请务必发Email给我(bs@research.att.com)。请记住,我不能把全部的时间都花在更新我的主页上面。

更多的问题请参见我的general FAQ。

关于术语和概念,请参见我的C++术语表(C++ glossary.)。

请注意,这仅仅是一个常见问题与解答的列表。它不能代替一本优秀教科书中那些经过精心挑选的范例与解释。它也不能象一本参考手册或语言标准那样,提供详细和准确的说明。有关C++的设计的问题,请参见《C++语言的设计和演变》(The Design and Evolution of C++)。关于C++语言与标准库的使用,请参见《C++程序设计语言》(The C++ Programming Language)。

目录:
我如何写这个非常简单的程序?
为什么编译要花这么长的时间?
为什么一个空类的大小不为0?
我必须在类声明处赋予数据吗?
为什么成员函数默认不是virtual的?
为什么析构函数默认不是virtual的?
为什么不能有虚拟构造函数?
为什么重载在继承类中不工作?
我能够在构造函数中调用一个虚拟函数吗?
有没有“指定位置删除”(placement delete)?
我能防止别人继承我自己的类吗?
为什么不能为模板参数定义约束(constraints)?
既然已经有了优秀的qsort()函数,为什么还需要一个sort()?
什么是函数对象(function object)?
我应该如何对付内存泄漏?
我为什么在捕获一个异常之后就不能继续?
为什么C++中没有相当于realloc()的函数?
如何使用异常?
怎样从输入中读取一个字符串?
为什么C++不提供“finally”的构造?
什么是自动指针(auto_ptr),为什么没有自动数组(auto_array)?
可以混合使用C风格与C++风格的内存分派与重新分配吗?
我为什么必须使用一个造型来转换*void?

我如何写这个非常简单的程序?

特别是在一个学期的开始,我常常收到许多关于编写一个非常简单的程序的询问。这个问题最典型的解决办法是,将它反复读上几遍,做某些事情,然后写出答案。下面是一个这样做的例子:

 #include<iostream>
 #include<vector>
 #include<algorithm>
 using namespace std;

 int main()
 {
  vector<double> v;

  double d;
  while(cin>>d) v.push_back(d); // 读入元素
  if (!cin.eof()) {  // 检查输入是否出错
   cerr << "format error/n";
   return 1; // 返回一个错误
  }

  cout << "read " << v.size() << " elements/n";

  reverse(v.begin(),v.end());
  cout << "elements in reverse order:/n";
  for (int i = 0; i<v.size(); ++i) cout << v[i] << '/n';

  return 0; // 成功返回
 }

对这段程序的观察:

这是一段标准的ISO C++程序,使用了标准库(standard library)。标准库工具在命名空间std中声明,封装在没有.h后缀的头文件中。

如果你要在Windows下编译它,你需要将它编译成一个“控制台程序”(console application)。记得将源文件加上.cpp后缀,否则编译器可能会以为它是一段C代码而不是C++。

是的,main()函数返回一个int值。

读到一个标准的向量(vector)中,可以避免在随意确定大小的缓冲中溢出的错误。读到一个数组(array)中,而不产生“简单错误”(silly error),这已经超出了一个新手的能力——如果你做到了,那你已经不是一个新手了。如果你对此表示怀疑,我建议你阅读我的文章“将标准C++作为一种新的语言来学习”("Learning Standard C++ as a New Language"),你可以在本人著作列表(my publications
list)中下载到它。

!cin.eof()是对流的格式的检查。事实上,它检查循环是否终结于发现一个end-of-file(如果不是这样,那么意味着输入没有按照给定的格式)。更多的说明,请参见你的C++教科书中的“流状态”(stream
state)部分。

vector知道它自己的大小,因此我不需要计算元素的数量。

这段程序没有包含显式的内存管理。Vector维护一个内存中的栈,以存放它的元素。当一个vector需要更多的内存时,它会分配一些;当它不再生存时,它会释放内存。于是,使用者不需要再关心vector中元素的内存分配和释放问题。

程序在遇到输入一个“end-of-file”时结束。如果你在UNIX平台下运行它,“end-of-file”等于键盘上的Ctrl+D。如果你在Windows平台下,那么由于一个BUG它无法辨别“end-of-file”字符,你可能倾向于使用下面这个稍稍复杂些的版本,它使用一个词“end”来表示输入已经结束。

 #include<iostream>
 #include<vector>
 #include<algorithm>
 #include<string>
 using namespace std;

 int main()
 {
  vector<double> v;

  double d;
  while(cin>>d) v.push_back(d); // 读入一个元素
  if (!cin.eof()) {  // 检查输入是否失败
   cin.clear();  // 清除错误状态
   string s;
   cin >> s;  // 查找结束字符
   if (s != "end") {
    cerr << "format error/n";
    return 1; // 返回错误
   }
  }

  cout << "read " << v.size() << " elements/n";

  reverse(v.begin(),v.end());
  cout << "elements in reverse order:/n";
  for (int i = 0; i<v.size(); ++i) cout << v[i] << '/n';

  return 0; // 成功返回
 }

更多的关于使用标准库将事情简化的例子,请参见《C++程序设计语言》中的“漫游标准库”("Tour of the Standard Library")一章。

为什么编译要花这么长的时间?

你的编译器可能有问题。也许它太老了,也许你安装它的时候出了错,也许你用的计算机已经是个古董。
在诸如此类的问题上,我无法帮助你。

但是,这也是很可能的:你要编译的程序设计得非常糟糕,以至于编译器不得不检查数以百计的头文件和数万行代码。理论上来说,这是可以避免的。如果这是你购买的库的设计问题,你对它无计可施(除了换一个更好的库),但你可以将你自己的代码组织得更好一些,以求得将修改代码后的重新编译工作降到最少。
这样的设计会更好,更有可维护性,因为它们展示了更好的概念上的分离。

看看这个典型的面向对象的程序例子:

 class Shape {
 public:  // interface to users of Shapes
  virtual void draw() const;
  virtual void rotate(int degrees);
  // ...
 protected: // common data (for implementers of Shapes)
  Point center;
  Color col;
  // ...
 };

 class Circle : public Shape {
 public: 
  void draw() const;
  void rotate(int) { }
  // ...
 protected:
  int radius;
  // ...
 };

 class Triangle : public Shape {
 public: 
  void draw() const;
  void rotate(int);
  // ...
 protected:
  Point a, b, c;
  // ...
 }; 

设计思想是,用户通过Shape的public接口来操纵它们,而派生类(例如Circle和Triangle)的实现部分则共享由protected成员表现的那部分实现(implementation)。

这不是一件容易的事情:确定哪些实现部分是对所有的派生类都有用的,并将之共享出来。因此,与public接口相比,protected成员往往要做多得多的改动。举例来说,虽然理论上“中心”(center)对所有的
图形都是一个有效的概念,但当你要维护一个三角形的“中心”的时候,是一件非常麻烦的事情——对于三角形,当且仅当它确实被需要的时候,计算这个中心才是有意义的。

protected成员很可能要依赖于实现部分的细节,而Shape的用户(译注:user此处译为用户,指使用Shape类的代码,下同)却不见得必须依赖它们。举例来说,很多(大多数?)使用Shape的代码在逻辑上是与“颜色”无关的,但是由于Shape中“颜色”这个定义的存在,却可能需要一堆复杂的头文件,来结合操作系统的颜色概念。
当protected部分发生了改变时,使用Shape的代码必须重新编译——即使只有派生类的实现部分才能够访问protected成员。

于是,基类中的“实现相关的信息”(information helpful to implementers)对用户来说变成了象接口一样敏感的东西,它的存在导致了实现部分的不稳定,用户代码的无谓的重编译(当实现部分发生
改变时),以及将头文件无节制地包含进用户代码中(因为“实现相关的信息”需要它们)。有时这被称为“脆弱的基类问题”(brittle base class problem)。

一个很明显的解决方案就是,忽略基类中那些象接口一样被使用的“实现相关的信息”。换句话说,使用接口,纯粹的接口。也就是说,用抽象基类的方式来表示接口:

 class Shape {
 public:  // interface to users of Shapes
  virtual void draw() const = 0;
  virtual void rotate(int degrees) = 0;
  virtual Point center() const = 0;
  // ...

  // no data
 };

 class Circle : public Shape {
 public: 
  void draw() const;
  void rotate(int) { }
  Point center() const { return center; }
  // ...
 protected:
  Point cent;
  Color col;
  int radius;
  // ...
 };

 class Triangle : public Shape {
 public: 
  void draw() const;
  void rotate(int);
  Point center() const;
  // ...
 protected:
  Color col;
  Point a, b, c;
  // ...
 }; 

现在,用户代码与派生类的实现部分的变化之间的关系被隔离了。我曾经见过这种技术使得编译的时间减少了几个数量级。

但是,如果确实存在着对所有派生类(或仅仅对某些派生类)都有用的公共信息时怎么办呢?可以简单把这些信息封装成类,然后从它派生出实现部分的类:

 class Shape {
 public:  // interface to users of Shapes
  virtual void draw() const = 0;
  virtual void rotate(int degrees) = 0;
  virtual Point center() const = 0;
  // ...

  // no data
 };

 struct Common {
  Color col;
  // ...
 };
  
 class Circle : public Shape, protected Common {
 public: 
  void draw() const;
  void rotate(int) { }
  Point center() const { return center; }
  // ...
 protected:
  Point cent;
  int radius;
 };

 class Triangle : public Shape, protected Common {
 public: 
  void draw() const;
  void rotate(int);
  Point center() const;
  // ...
 protected:
  Point a, b, c;
 }; 

为什么一个空类的大小不为0?

要清楚,两个不同的对象的地址也是不同的。基于同样的理由,new总是返回指向不同对象的指针。
看看:

 class Empty { };

 void f()
 {
  Empty a, b;
  if (&a == &b) cout << "impossible: report error to compiler supplier";

  Empty* p1 = new Empty;
  Empty* p2 = new Empty;
  if (p1 == p2) cout << "impossible: report error to compiler supplier";
 } 

有一条有趣的规则:一个空的基类并不一定有分隔字节。
 struct X : Empty {
  int a;
  // ...
 };

 void f(X* p)
 {
  void* p1 = p;
  void* p2 = &p->a;
  if (p1 == p2) cout << "nice: good optimizer";
 }

这种优化是允许的,可以被广泛使用。它允许程序员使用空类以表现一些简单的概念。现在有些编译器提供这种“空基类优化”(empty base class optimization)。

我必须在类声明处赋予数据吗?

不必须。如果一个接口不需要数据时,无须在作为接口定义的类中赋予数据。代之以在派生类中给出它们。
参见“为什么编译要花这么长的时间?”。

有时候,你必须在一个类中赋予数据。考虑一下复合类(class complex)的情况:

 template<class Scalar> class complex {
 public:
  complex() : re(0), im(0) { }
  complex(Scalar r) : re(r), im(0) { }
  complex(Scalar r, Scalar i) : re(r), im(i) { }
  // ...

  complex& operator+=(const complex& a)
   { re+=a.re; im+=a.im; return *this; }
  // ...
 private:
  Scalar re, im;
 };

设计这种类型的目的是将它当做一个内建(built-in)类型一样被使用。在声明处赋值是必须的,以保证如下可能:建立真正的本地对象(genuinely local objects)(比如那些在栈中而不是在堆中分配
的对象),或者使某些简单操作被适当地inline化。对于那些支持内建的复合类型的语言来说,要获得它们提供的效率,真正的本地对象和inline化都是必要的。

为什么成员函数默认不是virtual的?

因为很多类并不是被设计作为基类的。例如复合类。

而且,一个包含虚拟函数的类的对象,要占用更多的空间以实现虚拟函数调用机制——往往是每个对象占
用一个字(word)。这个额外的字是非常可观的,而且在涉及和其它语言的数据的兼容性时,可能导致麻烦
(例如C或Fortran语言)。

要了解更多的设计原理,请参见《C++语言的设计和演变》(The Design and Evolution of C++)。

为什么析构函数默认不是virtual的?

因为很多类并不是被设计作为基类的。只有类在行为上是它的派生类的接口时(这些派生类往往在堆中分配,通过指针或引用来访问),虚拟函数才有意义。

那么什么时候才应该将析构函数定义为虚拟呢?当类至少拥有一个虚拟函数时。拥有虚拟函数意味着一个
类是派生类的接口,在这种情况下,一个派生类的对象可能通过一个基类指针来销毁。例如:

 class Base {
  // ...
  virtual ~Base();
 };

 class Derived : public Base {
  // ...
  ~Derived();
 };

 void f()
 {
  Base* p = new Derived;
  delete p; // 虚拟析构函数保证~Derived函数被调用
 }

如果基类的析构函数不是虚拟的,那么派生类的析构函数将不会被调用——这可能产生糟糕的结果,例如派生类的资源不会被释放。

为什么不能有虚拟构造函数?

虚拟调用是一种能够在给定信息不完全(given partial information)的情况下工作的机制。特别地,虚拟允许我们调用某个函数,对于这个函数,仅仅知道它的接口,而不知道具体的对象类型。但是要建立一个对象,你必须拥有完全的信息。特别地,你需要知道要建立的对象的具体类型。因此,对构造函数的调用不可能是虚拟的。

当要求建立一个对象时,一种间接的技术常常被当作“虚拟构造函数”来使用。有关例子,请参见《C++程序设计语言》第三版15.6.2.节。

下面这个例子展示一种机制:如何使用一个抽象类来建立一个适当类型的对象。

struct F { // 对象建立函数的接口
 virtual A* make_an_A() const = 0;
 virtual B* make_a_B() const = 0;
};

void user(const F& fac)
{
 A* p = fac.make_an_A(); // 将A作为合适的类型
 B* q = fac.make_a_B(); // 将B作为合适的类型
 // ...
}

struct FX : F {
 A* make_an_A() const { return new AX(); } // AX是A的派生
 B* make_a_B() const { return new BX(); } // AX是B的派生
};

struct FY : F {
 A* make_an_A() const { return new AY(); } // AY是A的派生
 B* make_a_B() const { return new BY(); } // BY是B的派生

};

int main()
{
 user(FX()); // 此用户建立AX与BX
 user(FY()); // 此用户建立AY与BY
 // ...
}

这是所谓的“工厂模式”(the factory pattern)的一个变形。关键在于,user函数与AX或AY这样的类的信息被完全分离开来了。

为什么重载在继承类中不工作?

这个问题(非常常见)往往出现于这样的例子中:

 #include<iostream>
 using namespace std;

 class B {
 public:
  int f(int i) { cout << "f(int): "; return i+1; }
  // ...
 };

 class D : public B {
 public:
  double f(double d) { cout << "f(double): "; return d+1.3; }
  // ...
 };

 int main()
 {
  D* pd = new D;

  cout << pd->f(2) << '/n';
  cout << pd->f(2.3) << '/n';
 }

它输出的结果是:

 f(double): 3.3
 f(double): 3.6

而不是象有些人猜想的那样:

 f(int): 3
 f(double): 3.6

换句话说,在B和D之间并没有发生重载的解析。编译器在D的区域内寻找,找到了一个函数double f(double),并执行了它。它永远不会涉及(被封装的)B的区域。在C++中,没有跨越区域的重载——
对于这条规则,继承类也不例外。更多的细节,参见《C++语言的设计和演变》和《C++程序设计语言》。

但是,如果我需要在基类和继承类之间建立一组重载的f()函数呢?很简单,使用using声明:

 class D : public B {
 public:
  using B::f; // make every f from B available
  double f(double d) { cout << "f(double): "; return d+1.3; }
  // ...
 };

进行这个修改之后,输出结果将是:

 f(int): 3
 f(double): 3.6

这样,在B的f()和D的f()之间,重载确实实现了,并且选择了一个最合适的f()进行调用。

我能够在构造函数中调用一个虚拟函数吗?

可以,但是要小心。它可能不象你期望的那样工作。在构造函数中,虚拟调用机制不起作用,因为继承类的重载还没有发生。对象先从基类被创建,“基类先于继承类(base before derived)”。

看看这个:

 #include<string>
 #include<iostream>
 using namespace std;

 class B {
 public:
  B(const string& ss) { cout << "B constructor/n"; f(ss); }
  virtual void f(const string&) { cout << "B::f/n";}
 };

 class D : public B {
 public:
  D(const string & ss) :B(ss) { cout << "D constructor/n";}
  void f(const string& ss) { cout << "D::f/n"; s = ss; }
 private:
  string s;
 };

 int main()
 {
  D d("Hello");
 }

程序编译以后会输出:

 B constructor
 B::f
 D constructor

注意不是D::f。设想一下,如果出于不同的规则,B::B()可以调用D::f()的话,会产生什么样的后果:
因为构造函数D::D()还没有运行,D::f()将会试图将一个还没有初始化的字符串s赋予它的参数。结果很可能是导致立即崩溃。

析构函数在“继承类先于基类”的机制下运行,因此虚拟机制的行为和构造函数一样:只有本地定义(local definitions)被使用——不会调用虚拟函数,以免触及对象中的(现在已经被销毁的)继承类的部分。

更多的细节,参见《C++语言的设计和演变》13.2.4.2和《C++程序设计语言》15.4.3。

有人暗示,这只是一条实现时的人为制造的规则。不是这样的。事实上,要实现这种不安全的方法倒是非常容易的:在构造函数中直接调用虚拟函数,就象调用其它函数一样。但是,这样就意味着,任何虚拟函数都无法编写了,因为它们需要依靠基类的固定的创建(invariants established by base classes)。这将会导致一片混乱。

有没有“指定位置删除”(placement delete)?

没有,不过如果你需要的话,可以自己写一个。

看看这个指定位置创建(placement new),它将对象放进了一系列Arena中;

       class Arena {
        public:
                void* allocate(size_t);
                void deallocate(void*);
                // ...
        };

        void* operator new(size_t sz, Arena& a)
        {
                return a.allocate(sz);
        }

        Arena a1(some arguments);
        Arena a2(some arguments);

这样实现了之后,我们就可以这么写:

        X* p1 = new(a1) X;
        Y* p2 = new(a1) Y;
        Z* p3 = new(a2) Z;
        // ...

但是,以后怎样正确地销毁这些对象呢?没有对应于这种“placement new”的内建的“placement delete”,原因是,没有一种通用的方法可以保证它被正确地使用。在C++的类型系统中,没有什么东西可以让我们确认,p1一定指向一个由Arena类型的a1分派的对象。p1可能指向任何东西分派的任何一块地方。

然而,有时候程序员是知道的,所以这是一种方法:

        template<class T> void destroy(T* p, Arena& a)
        {
                if (p) {
                        p->~T();  // explicit destructor call
                        a.deallocate(p);
                }
        }

现在我们可以这么写:

        destroy(p1,a1);
        destroy(p2,a2);
        destroy(p3,a3);

如果Arena维护了它保存着的对象的线索,你甚至可以自己写一个析构函数,以避免它发生错误。

这也是可能的:定义一对相互匹配的操作符new()和delete(),以维护《C++程序设计语言》15.6中
的类继承体系。参见《C++语言的设计和演变》10.4和《C++程序设计语言》19.4.5。

我能防止别人继承我自己的类吗?

可以,但你为什么要那么做呢?这是两个常见的回答:

效率:避免我的函数被虚拟调用
安全:保证我的类不被用作一个基类(例如,保证我能够复制对象而不用担心出事)

根据我的经验,效率原因往往是不必要的担心。在C++中,虚拟函数调用是如此之快,以致于它们在一个包含虚拟函数的类中被实际使用时,相比普通的函数调用,根本不会产生值得考虑的运行期开支。注意,
仅仅通过指针或引用时,才会使用虚拟调用机制。当直接通过对象名字调用一个函数时,虚拟函数调用的开支可以被很容易地优化掉。

如果确实有真正的需要,要将一个类封闭起来以防止虚拟调用,那么可能首先应该问问为什么它们是虚拟的。我看见过一些例子,那些性能表现不佳的函数被设置为虚拟,没有其他原因,仅仅是因为“我们习惯这么干”。

这个问题的另一个部分,由于逻辑上的原因如何防止类被继承,有一个解决方案。不幸的是,这个方案并不完美。它建立在这样一个事实的基础之上,那就是:大多数的继承类必须建立一个虚拟的基类。这是一个例子:

 class Usable;

 class Usable_lock {
  friend class Usable;
 private:
  Usable_lock() {}
  Usable_lock(const Usable_lock&) {}
 };

 class Usable : public virtual Usable_lock {
  // ...
 public:
  Usable();
  Usable(char*);
  // ...
 };

 Usable a;

 class DD : public Usable { };

 DD dd;  // 错误: DD::DD() 不能访问
         // Usable_lock::Usable_lock()是一个私有成员

(来自《C++语言的设计和演变》11.4.3)

为什么不能为模板参数定义约束(constraints)?

可以的,而且方法非常简单和通用。

看看这个:

        template<class Container>
        void draw_all(Container& c)
        {
                for_each(c.begin(),c.end(),mem_fun(&Shape::draw));
        }

如果出现类型错误,可能是发生在相当复杂的for_each()调用时。例如,如果容器的元素类型是int,我们将得到一个和for_each()相关的含义模糊的错误(因为不能够对对一个int值调用Shape::draw
的方法)。

为了提前捕捉这个错误,我这样写:

        template<class Container>
        void draw_all(Container& c)
        {
                Shape* p = c.front(); // accept only containers of Shape*s

                for_each(c.begin(),c.end(),mem_fun(&Shape::draw));
        }

对于现在的大多数编译器,中间变量p的初始化将会触发一个易于了解的错误。这个窍门在很多语言中都是通用的,而且在所有的标准创建中都必须这样做。在成品的代码中,我也许可以这样写:

 template<class Container>
        void draw_all(Container& c)
        {
                typedef typename Container::value_type T;
                Can_copy<T,Shape*>(); // accept containers of only Shape*s

                for_each(c.begin(),c.end(),mem_fun(&Shape::draw));
        }

这样就很清楚了,我在建立一个断言(assertion)。Can_copy模板可以这样定义:

 template<class T1, class T2> struct Can_copy {
  static void constraints(T1 a, T2 b) { T2 c = a; b = a; }
  Can_copy() { void(*p)(T1,T2) = constraints; }
 };

Can_copy(在运行时)检查T1是否可以被赋值给T2。Can_copy<T,Shape*>检查T是否是Shape*类
型,或者是一个指向由Shape类公共继承而来的类的对象的指针,或者是被用户转换到Shape*类型的某个类型。注意这个定义被精简到了最小:

一行命名要检查的约束,和要检查的类型
一行列出指定的要检查的约束(constraints()函数)
一行提供触发检查的方法(通过构造函数)

注意这个定义有相当合理的性质:

你可以表达一个约束,而不用声明或复制变量,因此约束的编写者可以用不着去设想变量如何被初始化,对象是否能够被复制,被销毁,以及诸如此类的事情。(当然,约束要检查这些属性的情况时例外。)
使用现在的编译器,不需要为约束产生代码
定义和使用约束,不需要使用宏
当约束失败时,编译器会给出可接受的错误信息,包括“constraints”这个词(给用户一个线索),约
束的名字,以及导致约束失败的详细错误(例如“无法用double*初始化Shape*”)。

那么,在C++语言中,有没有类似于Can_copy——或者更好——的东西呢?在《C++语言的设计和演变》中,对于在C++中实现这种通用约束的困难进行了分析。从那以来,出现了很多方法,来让约束类变得更加容易编写,同时仍然能触发良好的错误信息。例如,我信任我在Can_copy中使用的函数指针的方式,它源自Alex Stepanov和Jeremy Siek。我并不认为Can_copy()已经可以标准化了——它需要更多的使用。同样,在C++社区中,各种不同的约束方式被使用;到底是哪一种约束模板在广泛的使用中被证明是最有效的,还没有达成一致的意见。

但是,这种方式非常普遍,比语言提供的专门用于约束检查的机制更加普遍。无论如何,当我们编写一个模板时,我们拥有了C++提供的最丰富的表达力量。看看这个:

template<class T, class B> struct Derived_from {
 static void constraints(T* p) { B* pb = p; }
 Derived_from() { void(*p)(T*) = constraints; }
};

template<class T1, class T2> struct Can_copy {
 static void constraints(T1 a, T2 b) { T2 c = a; b = a; }
 Can_copy() { void(*p)(T1,T2) = constraints; }
};

template<class T1, class T2 = T1> struct Can_compare {
 static void constraints(T1 a, T2 b) { a==b; a!=b; a<b; }
 Can_compare() { void(*p)(T1,T2) = constraints; }
};

template<class T1, class T2, class T3 = T1> struct Can_multiply {
 static void constraints(T1 a, T2 b, T3 c) { c = a*b; }
 Can_multiply() { void(*p)(T1,T2,T3) = constraints; }
};

struct B { };
struct D : B { };
struct DD : D { };
struct X { };

int main()
{
 Derived_from<D,B>();
 Derived_from<DD,B>();
 Derived_from<X,B>();
 Derived_from<int,B>();
 Derived_from<X,int>();

 Can_compare<int,float>();
 Can_compare<X,B>();
 Can_multiply<int,float>();
 Can_multiply<int,float,double>();
 Can_multiply<B,X>();
 
 Can_copy<D*,B*>();
 Can_copy<D,B*>();
 Can_copy<int,B*>();
}

// 典型的“元素必须继承自Mybase*”约束:

template<class T> class Container : Derived_from<T,Mybase> {
 // ...
};

事实上,Derived_from并不检查来源(derivation),而仅仅检查转换(conversion),不过这往往是一个更好的约束。为约束想一个好名字是很难的。

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