C++箴言：視類設(shè)計(jì)為類型設(shè)計(jì)

2019-11-17 05:15:17

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供稿：網(wǎng)友

　　在 C++ 中，就像其它面向?qū)ο缶幊陶Z言，可以通過定義一個(gè)新的類來定義一個(gè)新的類型。作為一個(gè) C++ 開發(fā)者，你的大量時(shí)間就這樣花費(fèi)在增大你的類型系統(tǒng)。這意味著你不僅僅是一個(gè)類的設(shè)計(jì)者，而且是一個(gè)類型的設(shè)計(jì)者。重載函數(shù)和運(yùn)算符，控制內(nèi)存分配和回收，定義對(duì)象的初始化和終結(jié)過程——這些全在你的掌控之中。因此你應(yīng)該在類設(shè)計(jì)中傾注大量心血，接近語言設(shè)計(jì)者在語言內(nèi)建類型的設(shè)計(jì)中所傾注的大量心血。

　　設(shè)計(jì)良好的類是有挑戰(zhàn)性的，因?yàn)樵O(shè)計(jì)良好的類型是有挑戰(zhàn)性的。良好的類型擁有簡單自然的語法，符合直覺的語義，以及一個(gè)或更多高效的實(shí)現(xiàn)。在 C++ 中，一個(gè)缺乏計(jì)劃的類設(shè)計(jì)，使其不可能達(dá)到上述任何一個(gè)目標(biāo)。甚至一個(gè)類的成員函數(shù)的執(zhí)行特性可能受到它們是被如何聲明的影響。

　　那么，如何才能設(shè)計(jì)高效的類呢？首先，你必須理解你所面對(duì)的問題。實(shí)際上每一個(gè)類都需要你面對(duì)下面這些問題，其答案通常就導(dǎo)向你的設(shè)計(jì)的限制因素：

　　你的新類型的對(duì)象應(yīng)該如何創(chuàng)建和銷毀？如何做這些將影響到你的類的構(gòu)造函數(shù)和析構(gòu)函數(shù)，以及內(nèi)存分配和回收的函數(shù)（Operator new，operator new[]，operator delete，和 operator delete[]）的設(shè)計(jì)，除非你不寫它們。　　

　　對(duì)象的初始化和對(duì)象的賦值應(yīng)該有什么不同？這個(gè)問題的答案決定了你的構(gòu)造函數(shù)和你的賦值運(yùn)算符的行為和它們之間的不同。這對(duì)于不混淆初始化和賦值是很重要的，因?yàn)樗鼈兿喈?dāng)于不同的函數(shù)調(diào)用。

　　以值傳遞（passed by value）對(duì)于你的新類型的對(duì)象意味著什么？記住，拷貝構(gòu)造函數(shù)定義了一個(gè)新類型的傳值（pass-by-value）如何實(shí)現(xiàn)。

　　你的新類型的合法值的限定條件是什么？通常，對(duì)于一個(gè)類的數(shù)據(jù)成員來說，僅有某些值的組合是合法的。那些組合決定了你的類必須維持的不變量。這些不變量決定了你必須在成員函數(shù)內(nèi)部進(jìn)行錯(cuò)誤檢查，非凡是你的構(gòu)造函數(shù)，賦值運(yùn)算符，以及 "setter" 函數(shù)。它可能也會(huì)影響你的函數(shù)拋出的異常，以及你的函數(shù)的異常規(guī)范（exception specification）（你用到它的可能性很小）。

　　你的新類型是否適合放進(jìn)一個(gè)繼續(xù)圖表中？假如你從已經(jīng)存在的類繼續(xù)，你將被那些類的設(shè)計(jì)所約束，非凡是它們的函數(shù)是 virtual 還是 non-virtual。假如你希望答應(yīng)其他類繼續(xù)你的類，將影響到你是否將函數(shù)聲明為 virtual，非凡是你的析構(gòu)函數(shù)。　　

　　你的新類型答應(yīng)哪種類型轉(zhuǎn)換？你的類型身處其它類型的海洋中，所以是否要在你的類型和其它類型之間有一些轉(zhuǎn)換？假如你希望答應(yīng) T1 類型的對(duì)象隱式轉(zhuǎn)型為 T2 類型的對(duì)象，你就要么在 T1 類中寫一個(gè)類型轉(zhuǎn)換函數(shù)（例如，operator T2），要么在 T2 類中寫一個(gè)非顯式的構(gòu)造函數(shù)，而且它們都要能夠以單一參數(shù)調(diào)用。假如你希望僅僅答應(yīng)顯示轉(zhuǎn)換，你就要寫執(zhí)行這個(gè)轉(zhuǎn)換的函數(shù)，而且你還需要避免使它們的類型轉(zhuǎn)換運(yùn)算符或非顯式構(gòu)造函數(shù)能夠以一個(gè)參數(shù)調(diào)用。　　

　　對(duì)于新類型哪些運(yùn)算符和函數(shù)有意義？這個(gè)問題的答案決定你應(yīng)該為你的類聲明哪些函數(shù)。其中一些是成員函數(shù)，另一些不是。　　

　　哪些標(biāo)準(zhǔn)函數(shù)不應(yīng)該被接受？你需要將那些都聲明為 PRivate。

　　你的新類型中哪些成員可以被訪問？這個(gè)問題的可以幫助你決定哪些成員是 public，哪些是 protected，以及哪些是 private。它也可以幫助你決定哪些類和／或函數(shù)應(yīng)該是友元，以及一個(gè)類嵌套在另一個(gè)類內(nèi)部是否有意義。

　　什么是你的新類型的 "undeclared interface"？它對(duì)于性能考慮，異常安全（exception safety），以及資源使用（例如，鎖和動(dòng)態(tài)內(nèi)存）提供哪種保證？你在這些領(lǐng)域提供的保證將強(qiáng)制影響你的類的實(shí)現(xiàn)。

　　你的新類型有多大程度的通用性？也許你并非真的要定義一個(gè)新的類型。也許你要定義一個(gè)整個(gè)的類型家族。假如是這樣，你不需要定義一個(gè)新的類，而是需要定義一個(gè)新的類模板。

　　一個(gè)新的類型真的是你所需要的嗎？是否你可以僅僅定義一個(gè)新的繼續(xù)類，以便讓你可以為一個(gè)已存在的類增加一些功能，也許通過簡單地定義一個(gè)或更多非成員函數(shù)或模板能更好地達(dá)成你的目標(biāo)。

　　　　回答這些問題是困難的，所以定義高效的類是有挑戰(zhàn)性的。既然，在 C++ 中用戶自定義類生成的類型至少可以和內(nèi)建類型一樣好，那就做好它，它會(huì)使一切努力都變的有價(jià)值。

　　Things to Remember
　　類設(shè)計(jì)就是類型設(shè)計(jì)。定義一個(gè)新類型之前，確保考慮了本 Item 討論的所有問題。

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