【C++程式設計技巧】NVI（Non-Virtual Interface ）

作者：gnuhpc 
出處：http://www.cnblogs.com/gnuhpc/

在C++的程式設計中有一些設計開發的典型技巧需要整理討論，在此拋磚引玉，為自己做積累，請高人也多多指教。

1.簡介

在標準C++庫中我們可以看到這樣的一個現象：

6個公有虛函數，並且都是std::exception::what()和其重載。

142個非公有虛函數。

這樣設計的目的何在呢，為什麼“多此一舉”的把虛函數設定為非公有呢？

這就是NVI機制要求的：將虛函式宣告為非公有，而將公有函數都聲明為非虛——虛擬和公有選其一。

2.機制分析

程式員常常將基類中的虛函數公有化，來提供一個介面的定義（virtual的功勞）同時提供其實現（具體的一個實現）。

class Base{ public:     virtual void Foo(int){         cout<< "Base's Foo!" << endl;     };};

問題就出在“同時”——一個定義了介面的形式，一個定義了預設的一個實現，顯然這樣的設計沒有將介面定義和實現分來。在這個時候，我們可以使用模板方法模式的思想：

class Base{ public:     void Foo(){         DoFoo1();         DoFoo2();     }//use DoFooX() private:     virtual void DoFoo1(){         cout << "Base's DoFoo1" <<endl;     }     virtual void DoFoo2(){         cout << "Base's DoFoo2" <<endl;     } }; class Derived: public Base{ private:     virtual void DoFoo1(){         cout << "Derived's DoFoo1" << endl;     };};
函數Foo定義了介面的形式，而DoFooX()函數則實現了對Foo函數的行為定製，實現了介面定義和實現的分離，我們舉一個例子來說明好處：如果我們希望在Foo中做一下CS（Critical Section）的加鎖解鎖控制：
若我們完成這樣的介面與實現分離，那麼我們的實現是在基類的介面處添加所需流程即可，子類不需要修改：
class Base{ public:     void Foo(){         cout << "Locking" << endl;         DoFoo1();         DoFoo2();         cout << "Unlocking" << endl;     }//use DoFooX() private:     virtual void DoFoo1(){         cout << "Base's DoFoo1" <<endl;     }     virtual void DoFoo2(){         cout << "Base's DoFoo2" <<endl;     }  };  class Derived: public Base{ private:     virtual void DoFoo1(){         cout << "Derived's DoFoo1" << endl;     }; };
若不實現介面與實現分離，則從基類到子類都需要修改：
class Base{ public:     virtual void Foo(){         cout << "Locking" << endl;         cout << "Base's Foo" << endl;         cout << "Unlocking" << endl;     } };  class Derived: public Base{ public:     virtual void Foo(){         cout << "Locking" << endl;         cout << "Derived's Foo" << endl;         cout << "Unlocking" << endl;     }; };
注意，若且唯若子類需要調用基類的虛函數時才將虛函數設定為protected（否則沒有許可權），並且NVI機制不適用於解構函式，對於解構函式，如果設為公有則應該設定為虛擬（在允許多態刪除的基類中），否則設定為私人或者protected的非虛擬形式（不含多態刪除的基類中）。
帶來的風險：
首先是FBC問題（Fragile Base Class ），下邊是一個例子：
class Set {    std::set<int> s_;  public:    void add (int i) {      s_.insert (i);      add_impl (i); // Note virtual call.    }    void addAll (int * begin, int * end) {      s_.insert (begin, end);   //  --------- (1)      addAll_impl (begin, end); // Note virtual call.    }  private:    virtual void add_impl (int i) = 0;    virtual void addAll_impl (int * begin, int * end) = 0;};class CountingSet : public Set {  private:    int count_;    virtual void add_impl (int i) {      count_++;    }    virtual void addAll_impl (int * begin, int * end) {      count_ += std::distance(begin,end);    }};
如果此時我們在父類中修改了addAll函數，改為將從begin到end的數字都調用一遍add函數，那麼，子類的功能就紊亂了——子類計數就會多記錄一倍（因為在子類中，add_impl每次都會計數一個，並且addAll_impl也會整體計數一次）。所以，為了防止出現FBC，一般一個公有非虛函數調用一個私人虛函數。
其次是效能上的考慮，畢竟多了一層函數調用。對此，參考文獻2指出：“a word about efficiency: No, none is lost in practice because if the public function is a one-line passthrough declared inline, all compilers I know of will optimize it away entirely, leaving no overhead. (Indeed, some compilers will always make such a function inline and eliminate it, whether you personally really wanted it to or not, but that’s another story.)”
3.總結
將NVI機制放在腦子中吧，如果你還是不明白，一個故事化的講述或許更加合適你。
1. 《Effective C++》Item 35 Consider Alternatives To Virtual Functions
2.http://www.gotw.ca/publications/mill18.htm
3.http://www.parashift.com/c++-faq-lite/strange-inheritance.html#faq-23.3
4.http://www.parashift.com/c++-faq-lite/strange-inheritance.html#faq-23.4
5.http://en.wikibooks.org/wiki/More_C%2B%2B_Idioms/Non-Virtual_Interface