Эффективное использование C++. 55 верных способов улучшить структуру и код ваших программ - Скотт Майерс

std::tr1::bind(&GameLevel::health, // функцию-член для

currentLevel, // вычисления жизненной

_1) // силы; подробности

); // см. ниже

Лично я поражаюсь тому, какие удивительные вещи позволяет делать шаблон tr1::function. Если вы не разделяете моих чувств, то не исключено, что просто не понимаете, для чего используется tr1::bind в определении ebg2. Позвольте мне объяснить.

Мы хотим сказать, что для вычисления жизненной силы персонажа ebg2 следует использовать функцию-член класса GameLevel. Но из объявления GameLevel::health следует, что она должна принимать один параметр (ссылку на GameCharacter), а на самом деле она принимает два, потому что имеется еще неявный параметр типа GameLevel – тот, на который внутри нее указывает this. Все функции вычисления жизненной силы принимают лишь один параметр: ссылку на персонажа GameCharacter, чья жизненная сила вычисляется. Если мы используем функцию GameLevel::health, то должны каким-то образом «адаптировать» ее, чтобы вместо двух параметров (GameCharacter и GameLevel) она принимала только один (GameCharacter). В этом примере мы хотим для вычисления здоровья ebg2 в качестве параметра типа GameLevel всегда использовать объект currentLevel, поэтому «привязываем» его как первый параметр при вызове GameLevel::health. Именно в этом и заключается смысл вызова tr1::bind: указать, что функция вычисления жизненной силы персонажа ebg2 должна в качестве объекта типа GameLevel использовать currentLevel.

Я пропускаю целый ряд подробностей, к примеру: почему «_1» означает «использовать currentLevel в качестве объекта GameLevel при вызове GameLevel::health для ebg2». Эти детали не столь сложны, к тому же они не имеют прямого отношения к основной идее, которую я хочу продемонстрировать, а именно: используя tr1::function вместо указателя на функцию, мы позволяем пользователям применять любую совместимую вызываемую сущность для вычислении жизненной силы персонажа. Впечатляет, не правда ли?

«Классический» паттерн «Стратегия»

Если вас больше интересуют паттерны проектирования, чем собственно язык C++, то более традиционный подход к реализации паттерна «Стратегия» состоит в том, чтобы сделать функцию вычисления жизненной силы виртуальной функцией-членом в классах, принадлежащих отдельной иерархии. Эта иерархия может выглядеть примерно так:

Если вы не знакомы с нотацией UML, поясню: здесь говорится, что GameCharacter – корень иерархии, в которой EvilBadGay и EyeCandyCharacter являются производными классами; HealthCalcFunc – корень иерархии, в которой производными классами являются SlowHealthLooser и FastHealthLooser; и каждый объект типа GameCharacter содержит указатель на объект из иерархии HealthCalcFunc. А вот как структурируется соответствующий код:

class GameCharacter; // опережающее объявление

class HealthCalcFunc {

public:

...

virtual int calc(const GameCharacter& gc) const

{...}

...

};

HealthCalcFunc defaultHealthCalc;

class GameCharacter {

public:

explicit GameCharacter(HealhCalcFunc *phfc = &defaultHealthCalc)

:pHealtCalc(pfhc)

{}

int healthValue() const

{ return pHealthCalc->calc(*this);}

...

private:

HealhCalcFunc * pHealtCalc;

};

Этот подход привлекателен тем, что программисты, знакомые со «стандартной» реализацией паттерна «Стратегия», сразу видят, что к чему. К тому же он предоставляет возможность модифицировать существующий алгоритм вычисления жизненной силы путем добавления производных классов в иерархию HealthCalcFunc.

Резюме

Из этого правила вы должны извлечь одну практическую рекомендацию: размышляя над тем, как решить стоящую перед вами задачу, имеет смысл рассматривать не только виртуальные функции. Вот краткий перечень предложенных альтернатив:

• Применение идиомы невиртуального интерфейса (NVI), варианта паттерна проектирования «Шаблонный Метод». Смысл ее в том, чтобы обернуть открытыми невиртуальными функциями-членами вызовы менее доступных виртуальных функций.

• Замена виртуальных функций членами данных – указателями на функции. Это упрощенное проявление паттерна проектирования «Стратегия».

• Замена виртуальных функций членами данных – tr1::function. Это позволяет применять любую вызываемую сущность, сигнатура которой совместима с той, что вам нужна. Это тоже форма паттерна проектирования «Стратегия».

• Замена виртуальных функций из одной иерархии виртуальными функциями из другой иерархии. Это традиционная реализация паттерна проектирования «Стратегия».

Это не исчерпывающий список альтернатив виртуальным функциям, но его должно хватить, чтобы убедить вас в том, что такие альтернативы существуют. Более того, из сравнения их достоинств и недостатков должны быть ясно, что рассматривать их стоит.

Чтобы не застрять в колее на дороге объектно-ориентированного проектирования, стоит время от времени резко поворачивать руль. Путей много. Потратьте время на знакомство с ними.

• К числу альтернатив виртуальным функциям относятся идиома NVI и различные формы паттерна проектирования «Стратегия». Идиома NVI сама по себе – это пример реализации паттерна «Шаблонный Метод».

• Недостаток переноса функциональности из функций-членов вовне класса заключается в том, что функциям-нечленам недостает прав доступа к закрытым членам класса.

• Объекты tr1::function работают как обобщенные указатели на функции. Такие объекты поддерживают все вызываемые сущности, совместимые с сигнатурой целевой функции.

Правило 36: Никогда не переопределяйте наследуемые невиртуальные функции

Предположим, я сообщаю вам, что класс D открыто наследует классу B и что в классе B определена открытая функция-член mf. Ее параметры и тип возвращаемого значения не важны, поэтому давайте просто предположим, что это void. Другими словами, я говорю следующее:

class B {

public:

void mf();

...

};

class D: public B {...};

Даже ничего не зная о B, D или mf, имея объект x типа D,

D x; // x – объект типа D

вы, наверное, удивитесь, когда код

B *pB = &x; // получить указатель на x

PB->mf(); // вызвать mf с помощью ука

поведет себя иначе, чем

D *pD = &x; // получить указатель на x

PD->mf(); // вызвать mf через указатель

Ведь в обоих случаях вы вызываете функцию-член объекта x. Поскольку вы имеете дело с одной и той же функцией и одним и тем же объектом, поведение в обоих случаях должно быть одинаково, не так ли?

Да, так должно быть, но не всегда бывает. В частности, вы получите иной результат, если mf невиртуальна, а D определяет собственную версию mf:

class D: public B {

public:

void mf(); // скрывает B:mf; см. правило 33

...

};

PB->mf(); // вызвать B::mf

PD->mf(); // вызвать D::mf

Причина такого «двуличного» поведения заключается в том, что невиртуальные функции, подобные B::mf и D::mf, связываются статически (см. правило 37). Это означает, что когда pB объявляется как указатель на объект тип B, невиртуальные функции, вызываемые посредством pB, – это всегда функции, определения которых даны в классе B, даже если pB, как в данном примере, указывает на объект класса, производного от B.

С другой стороны, виртуальные функции связываются динамически (снова см. правило 37), поэтому для них не существует такой проблемы. Если бы функция mf была виртуальной, то ее вызов как посредством pB, так и посредством pD означал бы вызов D::mf, потому в действительности pB и pD указывают на объект типа D.

В итоге, если вы пишете класс D и переопределяете невиртуальную функцию mf, наследуемую от класса B, есть вероятность, что объекты D будут вести себя совершенно непредсказуемо. В частности, любой конкретный объект D может вести себя при вызове mf либо как B, либо как D, причем определяющим фактором будет не тип самого объекта, а лишь тип указателя на него. При этом ссылки в этом отношении ведут себя ничем не лучше указателей.

Это все, что относится к «прагматической» аргументации. Теперь, я уверен, требуется некоторое теоретическое обоснование запрета на переопределение наследуемых невиртуальных функций. С удовольствием его представлю.

В правиле 32 объясняется, что открытое наследование всегда означает «является разновидностью», а в правиле 34 говорится, почему объявление невиртуальной функции в классе определяет инвариант относительно специализации этого класса. Если вы примените эти наблюдения к классам B и D и невиртуальной функции B: mf, то получите следующее:

• Все, что применимо к объектам B, применимо и к объектам D, поскольку каждый объект D также является объектом B;

• Подклассы B должны наследовать как интерфейс, так и реализацию mf, потому что mf невиртуальна в B.

Теперь, если D переопределяет mf, возникает противоречие. Если класс D действительно должен содержать отличную от B реализацию mf и если каждый объект B, являющийся разновидностью B, действительно должен использовать реализацию mf из B, тогда неверно, что каждый объект класса D является разновидностью B. В этом случае D не должен открыто наследовать B. С другой стороны, если класс D действительно должен открыто наследовать B и если D действительно должен содержать реализацию mf, отличную от B, тогда неверно, что mf является инвариантом относительно специализации B. В этом случае mf должна быть виртуальной. И наконец, если каждый объект класса D действительно является разновидностью B и если mf – действительно инвариант относительно специализации B, тогда D, по правде говоря, не нуждается в переопределении mf и не должен пытаться это делать.