Visual C++泛型编程实践
添加时间: 2006-2-13 9:52:21 作者: C++教程 阅读次数:283 来源: http://d9soft.com
示例
先来简单介绍一下我所用到的例子：一个简单的商务进销存基本应用（不必关注细节），它应该包含：职员(Employee)、产品(Product)、仓库(Storage)、往来单位(Supply)、帐户(Account)、单据(Bill)等等，由于每种信息均应有唯一标识，所以我在这里选用STL中的map来表示如下（为了说明简单起见，我们只列两种）：
std::map＜size,Employee*＞ itsEmployees;
//职员表
std::map＜size,Product*＞ itsProducts;
//产品表
..
第一步：实现
我们将以上map放入多（单）文档应用程序的文档类中，很显然，我们必须对每一个表至少提供以下三种最基本的操作：添加新成员函数、删除指定成员函数、获取指定成员函数。
对于添加新成员，我们可以实现如下：
size addAccountMember(Account* e); //添加帐户
{
//获取下一个可用的ID号
size id=getNextAccountID();
itsAccounts[id]=e;
return id;
}
size addEmployeeMember(Employee* e);//添加职员
{
//获取下一个可用的ID号
size id=getNextEmployeeID();
itsEmployees[id]=e;
return id;
}
..
接下来的删除方法仅有一个size（唯一标识）参数，实现如下:
void delAccount(size ID); //删除指定帐户
{
itsAccounts.erase(ID);
}
void delEmployee(size ID); //删除指定职员
{
itsEmployees.erase(ID);
}
..
获取指定成员的方法如下：
Account* getAccountMember(size ID)
//获取指定帐户
{
return itsAccounts[ID];
}
Employee* getEmployeeMember(size ID) //获取指定职员
{
return itsEmployees[ID];
}
..
另外，我们还要为每一个表提供一个获取下一个可用ID的成员函数：
//获取下一个可用职员号
Size getNextEmployeeID()
{
if (itsEmployees.empty())
return 1;
std::map＜size,Employee*＞::iterator it=itsEmployees.end();
--it;
return it-＞first+1;
}
//获取下一个可用帐户号
Size getNextAccountID()
{
if (itsAccounts.empty())
return 1;
std::map＜size,Account*＞::iterator it=itsAccounts.end();
--it;
return it-＞first+1;
}
..
第二步：分析
以上实现的确达到了我们的设计目的，但仅从直观上来看我就觉得它应该还有改善的空间，最简单的原因：因为它的命名混乱，没有通用性，如:
addAccountMember, addEmployeeMember,..
delAccount, delEmployee,..
getAccountMember, getEmployeeMember,..
getNextAccountID, getNextEmployeeID,..
对于同一种功能存在这么多不同名称的函数想起来就让我感到可怕，在我们的这个简单的例子中只对6个表实现了三种功能，我们需要为每个表实现4种不同名称的函数，结果，我们需要记住4*6=24个不同名称的函数及它们所对应的功能，如果，如果我们要对更多的表实现更多的功能..，真的不敢相象我们到底要实现多少个不同名称的函数。我想，不用等到函数接口数量爆炸，我的脑子就先爆炸了。如果能够对同一种功能的函数使用一组相同的名字如：
addMember
delMember
getMember
getNextMemberID
那么，我们的接口名称数量就只与实现的功能多少成常数关系，而与我们要操作的表的个数无关了，整个程序就应该清晰多了。
第三步：改进（重构）
重构是一个最近很流行的程序设计思想，说白了就是对已有程序进行改进，在不改变程序外在行为的前提下对程序结构及设计进行改进，以使程序代码更清晰、程序更健壮、更易于维护。
第一次改进：使用函数重载减少接口名称数量对于添加成员，我们可以直接使用C++的函数重载技术改进如下：
size addMember(Account* e); //添加帐户
{
//获取下一个可用的ID号
size id=getNextAccountID();
itsAccounts[id]=e;
return id;
}
size addMember(Employee* e); //添加帐户
{
//获取下一个可用的ID号
size id=getNextEmployeeID();
itsEmployees[id]=e;
return id;
}
这样一来，消除了对不同表进行操作时调用的函数名称的差异，但我们可以看出，这两个函数的操作逻辑是完全一样的，变化的部分与参数相关，这正是模板技术可以发挥作用的地方，但如何将不同的表添加方法与不同的ID号获取方法及对应的map联系起来呢？
我们再来看删除函数：由于不同表的删除方法均只有一个相同类型的参数size ID,而函数重载必须要有不同的参数列表,所以，要想实现一个void delMember(size ID)分别对应不同的表的删除操作好象是不可能的，getMember(size ID)方法也是一样，它对不同的表操作虽然有不同的返回值，但参数也是一样的，所以，也不能运用C++内的函数重载方法来实现函数接口命名的一致化。而获取下一个可用ID的函数方法甚至连参数都没有，怎么办呢？看来我们没有办法了。
幸运的是，Andrei Alexandrescu在他的《 C++设计新思维——泛型编程与设计模式之应用》一书中为我们提供了一种解决办法: Type2Type——它是一个可用于代表参数类型，以让你传递给重载函数的轻量级的ID，其定义如下：
Template ＜typename T＞
Struct Type2Type
{
typedef T OriginalType;
};
它没有任何数值，但其不同型别却足以区分各个Type2Type实体，而这正是我们所要的。现在，让我们来先解决addMember成员函数中的获取下一个可用ID号的函数,我们可以定义一个重载的函数如下：
size getNextMemberID(Loki:: Type2Type＜Employee＞)
//对应职员操作
{
if (itsEmployees.empty())
return 1;
std::map＜size,Employee*＞::iterator it=itsEmployees.
end();
--it;
return it-＞first+1;
}
size getNextMemberID(Loki:: Type2Type＜Account＞)
//对应帐户操作
略..
相应的，删除类函数定义如下:
void delMember(size ID, Loki:: Type2Type＜Account＞)
void delMember(size ID, Loki:: Type2Type＜Employee＞)
获取类函数定义如下:
Account* getMember(size ID, Loki:: Type2Type＜Account＞)
Employee* getMember(size ID, Loki:: Type2Type＜Employee＞)
这样，我们的函数接口就比刚开始的方法更清晰，我们的大脑中要记住的函数名就要少多了。
第二次改进：使用模板技术减少接口函数数量经过第一次的改进，我们的接口结构比初始的方案要更清晰，但它似乎还存在一个问题：软件大师Martin Fowler在他的著作《重构——改善既有代码的设计》中将之列为代码的坏味道之首——代码重复。我们可以看到，添加、删除、获取的函数实现中，几乎完全是一样的实现逻辑，只不过所操作的map变量不同而已，如下（以添加为例）：
size addMember(Account* e); //添加帐户
{
//获取下一个可用的ID号
size id= getNextMemberID(Loki::Type2Type＜Account＞());
itsAccounts[id]=e;
return id;
}
size addMember(Employee* e); //添加帐户
{
//获取下一个可用的ID号
size id=getNextMemberID(Loki::Type2Type＜Employee＞());
itsEmployees[id]=e;
return id;
}
如果我们能有办法根据不同的参数获得不同的要操作的map变量，那么这两个方法完全可以实现为一个模板方法如下：
template＜typename T＞
size addMember(T* e)
{
size empid=getNextMemberID(Loki::Type2Type＜T＞());
//关键在于以下函数
std::map＜size,T*＞& its=getMap(Loki::Type2Type＜T＞());
its[empid]=e;
return empid;
}
如果getMap()方法能实现，那么，我们的模板方法就可以成功。有了前面的铺垫，这个应该水到渠成：
std::map＜size,Account*＞& getMap(Loki::Type2Type＜Account＞)
｛
return itsAccounts;
｝
std::map＜size,Employee*＞& getMap(Loki::Type2Type
＜Employee＞);
｛
return itsEmployees;
｝
这样我们就可以将所有的添加、删除、获取函数进行模板化实现如下：
template ＜typename T＞
size getNextMemberID(Loki::Type2Type＜T＞)
{
std::map＜size,T*＞& its=getMap(Loki::Type2Type＜T＞());
if (its.empty())
return 1;
std::map＜size,T*＞::iterator it=its.end();
--it;
return it-＞first+1;
}
template ＜typename T＞
size addMember(T* e)
{
size empid=getNextMemberID(Loki::Type2Type＜T＞());
std::map＜size,T*＞& its=getMap(Loki::Type2Type＜T＞());
its[empid]=e;
return empid;
}
template ＜typename T＞
T* getMember(size memberID,Loki::Type2Type＜T＞)
{
std::map＜size,T*＞& its=getMap(Loki::Type2Type＜T＞());
return its[memberID];
}
template ＜typename T＞
void delMember(size memberID,Loki::Type2Type＜T＞)
{
std::map＜size,T*＞& its=getMap(Loki::Type2Type＜T＞());
its.erase(memberID);
}
这样，对于本例中6个表分别实现添加、删除、获取成员三组方法，我们总共需要用：四个模板化函数、以及一组分别针对6个表的getMap重载函数。然后，我们每增加一个表，只需要为getMap方法添加一个重载的实现，与初始设计中的4*6＝24种名称各不相同，每增加
一个表支持，要添加4种不同名称的函数实现的方案比较起来，是不是更清晰、更易维护、易于扩展了呢？
第四步：添加序列化支持
在本文开头我提到：Visual c++ 6.0平台中开发文档应用程序时，其文档序列化的功能非常好用，但由于其序列化能力建力在MFC之上，并不被STL支持，如何既拥有STL的效率及通用性，又保留MFC的序列化能力呢？由于篇幅的限制，我以下就只讲怎么做，而不讲为什么了(参见《MFC深入浅出》)。
在这里我们假定map所包含的对象已具备序列化的能力，那么，对于一个map来说，其序列化实现应该如下（以Account 为例）：
void SerializeMap(CArchive& ar,std::map＜size,Account*＞&map)
{
typedef std::map＜ size,Account*＞::value_type
value_type;
typedef std::map＜ size,Account*＞::iterator iterator;
if (ar.IsStoring())
{
DWORD n=map.size();
ar.WriteCount(n);
for(iterator it=map.begin();it!=map.end();++it)
{
ar＜＜it-＞first＜＜it-＞second;
}
}
else
{
size first;
Account* second;
DWORD nNewCount=ar.ReadCount();
while (nNewCount--)
{
ar＞＞first＞＞second;
value_type value(first,second);
map.insert(value);
}
}
}
将其中的型别相关信息提取出来，利用模板技术就得到一个map的序列化支持函数如下：
template ＜typename Key,typename T＞
void SerializeMap(CArchive& ar,std::map＜Key,T＞& map)
{
typedef std::map＜Key,T＞::value_type value_type;
typedef std::map＜Key,T＞::iterator iterator;
if (ar.IsStoring())
{
DWORD n=map.size();
ar.WriteCount(n);
for(iterator it=map.begin();it!=map.end();++it)
{
ar＜＜it-＞first＜＜it-＞second;
}
}
else
{
Key first;
T second;
DWORD nNewCount=ar.ReadCount();
while (nNewCount--)
{
ar＞＞first＞＞second;
value_type value(first,second);
map.insert(value);
}
}
}
这样，我们只需要在文档类的序列化函数中如下调用：
SerializeMap(ar,itsEmployees);
SerializeMap(ar,itsAccounts);
........
即可拥有MFC内置的序列化能力了。
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