《深度探索C++物件模型》讀書筆記（7）

《深度探索C++物件模型》讀書筆記（7）。

　　***Template的“具現”行為***

　　 template class中的任何member都只能通過template class的某個實體來存取或操作。

　Point<float>::Status s;　 // ok
Point::Status s;　 // error

　　 如果我們定義一個指標，指向特定的實體，像這樣：

　Point<float> *ptr = 0;

　　 由於這是一個指向class object的指標，本身並不是一個class object，編譯器不需要知道與該class有關的任何members資料。所以將“Point的一個float實體”具現也就沒有必要。

　　 如果不是一個pointer而是reference，假設：

　Point<float> &ref = 0;

　　 這個定義的真正語意會被擴充為：

　// 內部擴充
Point<float> temp(float(0));
Point<float> &ref = temp;

　　 以上轉化是因為reference並不是無物（no object）的代名詞，0被視作整數，必須被轉換為類型Point<float>的一個對象。

　　 然而，member functions只有在member functions被使用的時候，C++ Standard才要求它們被“具現”出來。這個規則的由來主要有兩個原因：

　　 （1）空間和效率的考慮。對於未使用的函數進行“具現”將會花費大量的時間和空間；

　　 （2）尚未實現的功能。並不是一個template具現出來的所有類型一定能夠完整支援一組member functions，因而只需具現真正需要的member functions.

　　 舉個例子：

　Point<float> *p = new Point<float>;

　　 只有（a）Point template的float執行個體、（b）new 運算子、（c）default constructor需要被“具現”。

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　　 ***Template的錯誤報表***

　　 所有與類型相關的檢驗，如果涉及到template參數，都必須延遲到真正的具現操作發生。

　　 對於下面的template聲明：

　template <class T>
class Mumble
{
public:
Mumble(T t = 1024) : _t(t)
{
if(tt != t)
throw ex ex;
}
private:
T tt;
}

　　 其中像“T t = 1024”、“tt ！= t”這樣的潛在錯誤在template聲明時並不會報告，而會在每個具現操作發生時被檢查出來並記錄之，其結果將因不同的實際類型而不同。

　Mumble<int> mi;　 // 上述兩個潛在錯誤都不存在
Mumble<int*> pmi;　 // 由於不能將一個非零的整數常量指定給一個指標，故“T t = 1024”錯誤

　　 ***Template中的名稱決議方式***

　　 區分以下兩種意義：一種是“scope of the template definition”，也就是“定義出template”的程式，另一種是“scope of the template instantiation”，也就是“具現出template”的程式。

　// scope of the template definition
extern double foo(double);

template <class type>
class ScopeRules
.{
public:
void invariant() { _member = foo(_val); }
type type_dependent() { return foo(_member); }
// ...
private:
int _val;
type _member;
};

// scope of the template instantiation
extern int foo(int);

ScopeRules<int> sr0;

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　　 在“scope of the template definition”中，只有一個foo（）函式宣告位於scope之內；然而在“scope of the template instantiation”中，兩個foo（）函式宣告都位於scope之內。對於以下函數操作：

　// scope of the template instantiation
sr0.invariant();

　　 那麼，在invariant（）中調用的究竟是哪一個foo（）函數實體呢？

　　 Template之中，對於一個nonmember name的決議結果是根據這個name的使用是否與“用以具現出該template的參數類型”有關而決定的，如果其使用互不相關，那麼就以“scope of the template definition”來決定name，否則就以“scope of the template instantiation”來決定name.

　// 因為_val的類型是int，而函數的決議只和函數原型有關，與函數傳回值無關
// 被用來具現這個template的真正類型對於_val的類型沒有影響
_member = foo(_val);

　　 故此處的叫用作業由“scope of the template definition”來決議。

　　 若是如下的函數調用：

　　 sr0.type_dependent（）；

　　 由於_member的類型與template參數有關，故此處由“scope of the template instantiation”來決議。

　　 ***Member Function的具現行為***

　　 以手動方式在個別的object module中完成預先具現操作，是唯一有效率的辦法。

　　 ***執行期類型識別***

　　 dynamic_cast運算子可以在執行期決定真正的類型。如果downcast是安全的（也就是說，一個base type pointer指向一個derived class object），這個運算子會傳回被適當轉型過的指標；如果downcast不是安全的，這個運算子會傳回0.

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　typedef type *ptype;
typedef fct *pfct;

simplify_conv_op(ptype pt)
{
if(pfct pf = dynamic_cast<pfct>(pt)) {
...
}
else { ... }
}

　　 什麼是dynamic_cast的真正成本？pfct的一個類型描述器會被編譯器產生出來，由pt指向之class object類型描述器必須在執行期通過vptr取得。下面是可能的轉換：

　// 取得pt的類型描述器
((type_info*)(pt->vptr[0]))->_type_description;

　　 其中，type_info是C++ Standard所定義的類型描述器的class名稱，該class中放置著待索求的類型資訊。virtual table的第一個slot內含type_info object的地址，此type_info object與pt所指之class type有關。

　　 dynamic_cast運算子也適用於reference身上，然而對於一個non-type-safe-cast，其結果不會與施行於指標的情況一樣。一個reference不可以像指標那樣“把自己設為0便代表了no object”；若將一個reference設為0，會引起一個臨時性對象（擁有被參考到的類型）被產生出來，該臨時對象的初值為0，這個reference然後被設定為該臨時變數的一個別名。

　　 因而，如果reference並不真正是某一種derived class，那麼可通過丟出一個bad_cast exception進行處理：

　simplify_conv_op(const type &rt)
{
try {
fct &rf = dynamic_cast<fct&>(rt);
}
catch(bad cast) {
// ...
}
}

　　 當然，你也可以使用typeid運算子來達到同樣的目的：

　simplify_conv_op(const type &rt)
{
if(typeid(rt) == typeid(fct))
{
fct &rf = dynamic_cast<fct&>(rt);
}
else { ... }
}

 

　　系列文章：

　　《深度探索C++物件模型》讀書筆記（1）

　　《深度探索C++物件模型》讀書筆記（2）

　　《深度探索C++物件模型》讀書筆記（3）

　　《深度探索C++物件模型》讀書筆記（4）

　　《深度探索C++物件模型》讀書筆記（5）

　　《深度探索C++物件模型》讀書筆記（6）

　　《深度探索C++物件模型》讀書筆記 最後一記