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■□ 第14节:程式风格指导
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Q81:有任何好的 C++ 程式写作的标准吗?
感谢您阅读这份文件,而不是再发明自己的一套。
但是请不要在 comp.lang.c++ 里问这问题。几乎所有软体工程师,或多或少都把这
种东西看成是「大玩具」。而且,一些想成为 C++ 程式撰写标准的东西,是由那些
不熟悉这语言及方法论的人弄出来的,所以最後它只能成为「过去式」的标准。这种
「摆错位置」的现象,让大家对程式写作标准产生不信任感。
很明显的,在 comp.lang.c++ 问这问题的人,是想使自己更精进,不会因自己的无
知而绊倒,然而一些回答却只是让情况更糟而已。
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Q82:程式撰写标准是必要的吗?有它就够了吗?
程式撰写标准不会让不懂 OO 的人变懂;只有训练及经验才有可能。如果它有用处的
话,那就是抑制住那些琐碎无关紧要的程式片段--当大机构想把零散的程式设计组
织整合起来时,这些片段常常会出现。
但事实上你要的不光是这种标准而已。它们提供的架构让新手少去担心一些自由度,
但是系统化的方法论会比这些好看的标准做得更好。组织机构需要的是一致性的设计
与实行“哲学”,譬如:强型别或弱型别?用指标还是参考介面? stream I/O 还是
stdio? C++ 程式该不该呼叫 C 的?反过来呢? ABC 该怎麽用?继承该用为实作的
技巧还是特异化的技巧?该用哪一种测试策略?一一去检查吗?该不该为每个资料成
员都提供一致的 "get" 和 "set" 介面?介面该由外往内还是由内往外设计?错误状
况该用 try/catch/throw 还是传回值来处理?……等等。
我们需要的是详细的“设计”部份的「半标准」。我推荐一个三段式标准:训练、谘
询顾问以及程式库。训练乃提供「密集教学」,谘询顾问让 OO 观念深刻化,而非仅
仅是被教过而已,高品质的程式库则是提供「长程的教学」。上述三种培训都有很热
门的市场景况。(【译注】无疑的,这是指美、加地区。)接受过上述培训的组织都
有如此的忠告:「买现成的吧,不要自己硬干 (Buy, Don't Build.)。」买程式库,
买训练课程,买开发工具,买谘询顾问。想靠自学来达到成功的工具厂商及应用/系
统厂商,都会发现成功很困难。
【译注】这一段十分具有参考价值。不过有些背景资料得提供给各位参考。别忘了:
作者是美国人,是以该地为背景,且留意一下他所服务的公司是做什麽的..
... :-) 唉!国内有这麽多的专业顾问公司吗? :-<
少数人会说:程式撰写标准只是「理想」而已,但在上述的组织机构中,它仍有其必
要性。
底下的 FAQs 提供一些基本的指导惯例及风格。
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Q83:我们的组织该以以往 C 的经验来决定程式撰写标准吗?
No!
不论你的 C 经验有多丰富,不论你有多高深的 C 能力,好的 C 程式员并不会让你
直接就成为好的 C++ 程式员。从 C 移到 C++ 并不仅是学习 "++" 的语法语意而已
,一个组织想达到 OOP 的境界,却未将 "OO" 的精神放进 OOP 里的话,只是自欺罢
了;会计的资产负债表会把他们的愚蠢显现出来。
C++ 程式撰写标准应该由 C++ 专家来调整,不妨先在 comp.lang.c++ 里头问问题(
但是不要用 "coding standard" 这种字眼;只要这样子问:「这种技巧有何优缺点
?」)。找个能帮你避开陷阱的高手,上个训练课程,买程式库,看看「好的」程式
库是否合乎你的程式撰写标准。绝对不要光靠自己来制定标准,除非你对它已有某种
程度的掌握。没有标准总比有烂标准好,因为不恰当的「官方说法」会让不够聪明的
平民难以追随。现在 C++ 训练课程及程式库,已有十分兴盛的市场。
再提一件事:当某个东西炙手可热时,招摇撞骗者亦随之而生;务必三思而後行。也
要问一下从某处修过课的人,因为老手不见得也是个好教员。最後,选个懂得指导别
人的从业人员,而不是个对此语言/方法论只有过时知识的全职教师。
【译注】善哉斯言!
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Q84:我该在函数中间或是开头来宣告区域变数?
在第一次用到它的地方附近。
物件在宣告的时候就会被初始化(被建构)。如果在初始化物件的地方没有足够的资
讯,直到函数中间才有的话,你可以在开头处初始个「空值」给它,等以後再「设定
」其值;你也可以在函数中间再初始个正确的东西给它。以执行效率来说,一开始就
让它有正确的值,会比先建立它,搞一搞它,之後再重建它来得好。以像 "String"
这种简单的例子来看,会有 350% 的速度差距。在你的系统上可能会不同;当然整个
系统可能不会降低到 300+%,但是“一定”会有不必要的性能衰退现象。
常见的反驳是:「我们会替物件的每个资料提供 "set" 运作行为,则建构时的额外
耗费就会分散开来。」这比效能负荷更糟,因为你添加了维护的梦靥。替每个资料提
供 "set" 运作行为就等於对资料不设防:你把内部实作技巧都显露出来了。你隐藏
到的只有成员物件的实体“名字”而已,但你用到的 List、String 和 float(举例
来说)型态都曝光了。通常维护会比 CPU 执行时间耗费的资源更多。
区域变数应该在靠近它第一次用到之处宣告。很抱歉,这和 C 老手的习惯不同,但
是「新的」不见得就是「不好的」。
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Q85:哪一种原始档命名惯例最好? "foo.C"? "foo.cc"? "foo.cpp"?
如果你已有个惯例,就用它吧。如果没有,看看你的编译器,看它用的是哪一种。典
型的答案是:".C", ".cc", ".cpp", 或 ".cxx"(很自然的,".C" 副档名是假设该
档案系统会区分出 ".C" ".c" 大小写)。
在 Paradigm Shift 公司,我们在 Makefiles 里用 ".C",即使是在不区分大小写的
档案系统下(在有区分的系统中,我们用一个编译器选项:「假设 .c 档案都是 C++
的程式」;譬如:IBM CSet++ 用 "-Tdp",Zortech C++ 用 "-cpp",Borland C++用
"-P",等等)。
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Q86:哪一种标头档命名惯例最好? "foo.H"? "foo.hh"? "foo.hpp"?
如果你已有个惯例,就用它吧。如果没有,而且你的编辑器不必去区分 C 和 C++ 档
案的话,只要用 ".h" 就行了,否则就用编辑器所要的,像 ".H"、".hh" 或是
".hpp"。
在 Paradigm Shift 公司,我们用 ".h" 做为 C 和 C++ 的原始档案(然後,我们就
不再建那些纯粹的 C 标头档案)。
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Q87:C++ 有没有像 lint 那样的指导原则?
Yes,有一些常见的例子是危险的。
但是它们都不尽然是「坏的」,因为有些情况下,再差的例子也得用上去。
* "Fred" 类别的设定运算子应该传回 "*this",当成是 "Fred&"(以允许成串的设
定指令)。
* 有任何虚拟函数的类别,都该有个虚拟解构子。
* 若一个类别有 {解构子,设定运算子,拷贝建构子} 其一的话,通常三者也都全
部需要。
* "Fred" 类别的拷贝建构子和设定运算子,都该将它们的参数加上 "const":分别
是 "Fred::Fred(const Fred&)" 和 "Fred& Fred::operator=(const Fred&)" 。
* 类别的子物件一定要用初始化串列 (initialization lists) 而不要用设定的方
式,因为对使用者自订类别而言,会有很大的效率差距(3x!)。
* 许多设定运算子都应该先测试:「我们」是不是「他们」;譬如:
Fred& Fred::operator= (const Fred& fred)
{
if (this == &fred) return *this;
//...normal assignment duties...
return *this;
}
有时候没必要测试,但一般说来,这些情况都是:没有必要由使用者提供外显的
设定运算子的时候(相对於编译器提供的设定运算子)。
* 在那些同时定义了 "+="、"+" 及 "=" 的类别中,"a+=b" 和 "a=a+b" 通常应该
做同样的事;其他类似的内建运算子亦同(譬如:a+=1 和 ++a; p[i] 和 *(p+i);
等等)。这可使用二元运算子 "op=" 之型式来强制做到;譬如:
Fred operator+ (const Fred& a, const Fred& b)
{
Fred ans = a;
ans += b;
return ans;
}
这样一来,有「建构性」的二元运算甚至可以不是夥伴。但常用的运算子有时可
能会更有效率地实作出来(譬如,如果 "Fred" 类别本来就是个 "String",且
"+=" 必须重新配置/拷贝字串记忆体的话,一开始就知道它的最後长度,可能会
比较好)。
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■□ 第15节:Smalltalk 程式者学习 C++ 之钥
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Q88:为什麽 C++ 的 FAQ 有一节讨论 Smalltalk?这是用来攻击 Smalltalk 的吗?
世界上「主要的」两个 OOPLs 是 C++ 与 Smalltalk。由於这个流行的 OOPL 已有第
二大的使用者总数量,许多新的 C++ 程式者是由 Smalltalk 背景跳过来的。这一节
会回答以下问题:
* 这两个语言的差别?
* 从 Smalltalk 跳到 C++ 的程式者,要知道些什麽,才能精通 C++?
这一节 *!*不会*!* 回答这些问题:
* 哪一种语言「最好」?
* 为什麽 Smalltalk「很烂」?
* 为什麽 C++「很烂」?
这可不是对 Smalltalk 恐怖份子挑□,让他们趁我熟睡时戳我的轮胎(在我很难得
有空休息的这段时间内 :-) 。
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Q89:C++ 和 Smalltalk 的差别在哪?
最重要的不同是:
* 静态型别或动态型别?
* 继承只能用於产生子型别上?
* 数值语意还是参考语意 (value vs reference semantics)?
头两个差异会在这一节中解释,第三点则是下一节的讨论主题。
如果你是 Smalltalk 程式者,现在想学 C++,底下三则 FAQs 最好仔细研读。
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Q90:什麽是「静态型别」?它和 Smalltalk 有多相似/不像?
静态型别(static typing)是说:编译器会“静态地”(於编译时期)检验各运算
的型态安全性,而不是产生执行时才会去检查的程式码。例如,在静态型别之下,会
去侦测比对函数引数的型态签名,不正确的配对会被编译器挑出错误来,而非在执行
时才被挑出。
OO 的程式里,最常见的「型态不符」错误是:欲对某物件启动个成员函数,但该物
件并未准备好要处理该运算动作。譬如,如果 "Fred" 类别有成员函数 "f()" 但没
有 "g()",且 "fred" 是 "Fred" 类别的案例,那麽 "fred.f()" 就是合法的,
"fred.g()" 则是非法的。C++(静态地)在编译期捕捉型别错误,Smalltalk 则(动
态地)在执行期捕捉。(技术上,C++ 很像 Pascal--“半”静态型别--因为指
标转型与 union 都能用来破坏型别系统;这提醒了我们:你用指标转型与 union 的
频率,只能像你用 "goto" 那样。)
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Q91:「静态型别」与「动态型别」哪一种比较适合 C++?
若你想最有效率使用 C++,请把她当成静态型别语言来用。
C++ 极富弹性,你可以(藉由指标转型、union 或 #define)让她「长得」像
Smalltalk。但是不要这样做。这提醒了我们:少用 #define。
有些场合,指标转型和 union 是必要的,甚至是很好的做法,但须谨慎为之。指标
转型等於是叫编译器完全信赖你。错误的指标转型可能会毁坏堆积、在别的物件记忆
体中乱搞、呼叫不存在的运作行为、造成一般性错误(general failure)。这是很
糟糕的事。如果你避免用与这些相关的东西,你的 C++ 程式会更安全、更快,因为
能在编译期就检测的东西,就不必留到执行期再做。
就算你喜欢动态型别,也请避免在 C++ 里使用,或者请考虑换另一个将型态检查延
迟到执行期才做的语言。C++ 将型态检验 100% 都放在编译时期;她没有任何执行期
型态检验的内建机制。如果你把 C++ 当成一个动态型别的 OOPL 来用,你的命运将
操之汝手。
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Q92:怎样分辨某个 C++ 物件程式库是否属於动态型别的?
提示 #1:当所有东西都衍生自单一的根类别(root class),通常叫做 "Object"。
提示 #2:当容器类别 container classes,像 List、Stack、Set 等,都不是
template 版的。
提示 #3:当容器类别(List、Stack、Set 等)把插入/取出的元素,都视为指向
"Object" 的指标时。(你可以把 Apple 放进容器中,但当你取出时,编
译器只知道它是衍生自 Object,所以你得用指标转型将它转回 Apple* ;
你最好祈祷它真的是个 Apple,否则你会脑充血的。)
你可用 "dynamic_cast"(於 1994 年才加入的)来使指标转型「安全些」,但这种
动态测试依旧是“动态”的。这种程式风格是 C++ 动态型别的基本要素,你可以呼
叫函数:「把这个 Object 转换成 Apple,或是给我个 NULL,如果它不是 Apple的
话」,你就得到动态型别了:直到执行时期才知道会发生什麽事。
若你用 template 去实作出容器类别,C++ 编译器会静态侦测出 99% 的型态资讯(
"99%" 并不是真的;有些人宣称能做到 100%,而那些需要持续性 (persistence) 的
人,只能得到低於 100% 的静态型别检验)。重点是:C++ 透过 template 来做到泛
型(genericity),而非透过继承。
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Q93:在 C++ 里怎样用继承?它和 Smalltalk 有何不同?
有些人认为继承是用来重用程式码的。在 C++ 中,这是不对的。说明白点,「继承
不是『为』重用程式码而设计的。」
【译注】这一个分野相当重要。否则,C++ 使用者就会感染「继承发烧症」
(inheritance fever)。
C++ 继承的目的是用来表现介面一致性(产生子类别),而不是重用程式码。C++ 中
,重用程式码通常是靠「成份」(composition) 而非继承。换句话说,继承主要是用
来当作「特异化」(specialization) 的技术,而非实作上的技巧。
这是与 Smalltalk 主要的不同之处,在 Smalltalk 里只有一种继承的型式(C++ 有
"private" 继承--「共享程式码,但不承袭其介面」,有 "public" 继承--表现
"kind-of" 关系)。Smalltalk 语言非常(相对於只是程式的习惯)允许你置放一个
override 覆盖(它会去呼叫个「我看不懂」的运作行为),以达到「隐藏住」继承
下来的运作行为的“效果”。更进一步,Smalltalk 可让观念界的 "is-a" 关系“独
立於”子类别阶层之外(子型别不必也是子类别;譬如,你可以让某个东西是一个
Stack,却不必继承自 Stack 类别)。
相反的,C++ 对继承的限制更严:没办法不用到继承就做出“观念上的 is-a”关系
(有个 C++ 的解决方法:透过 ABC 来分离介面与实作)。C++ 编译器利用公共继承
额外附的语意资讯,以提供静态型别。
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Q94:Smalltalk/C++ 不同的继承,在现实里导致的结果是什麽?
Smalltalk 让你做出不是子类别的子型别,做出不是子型别的子类别,它可让
Smalltalk 程式者不必操心该把哪种资料(位元、表现型式、资料结构)放进类别里
面(譬如,你可能会把连结串列放到堆叠类别里)。毕竟,如果有人想要个以阵列做
出的堆叠,他不必真的从堆叠继承过来;喜欢的话,他可以从阵列类别 Array 中继
承过来,即使 ArrayBasedStack 并“不是”一种阵列!)
在 C++ 中,你不可能不为此操心。只有机制(运作行为的程式码),而非表现法(
资料位元)可在子类别中被覆盖掉,所以,通常你“不要”把资料结构放进类别里比
较好。这会促成 Abstract Base Classes (ABCs) 的强烈使用需求。
我喜欢用 ATV 和 Maseratti 之间的差别来比喻。ATV(all terrain vehicle,越野
车)很好玩,因为你可以「到处逛」,任意开到田野、小溪、人行道等地。另一方面
,Maseratti 让你能高速行驶,但你只能在公路上面开。就算你喜欢「自由表现力」
,偏偏喜欢驶向丛林,但也请不要在 C++ 里这麽做;它不适合。
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Q95:学过「纯种」的 OOPL 之後才能学 C++ 吗?
不是(事实上,这样可能反而会害了你)。
(注意:Smalltalk 是个「纯种」的 OOPL,而 C++ 是个「混血」的 OOPL。)读这
之前,请先读读前面关於 C++ 与 Smalltalk 差别的 FAQs。
OOPL 的「纯粹性」,并不会让转移到 C++ 更容易些。事实上,典型的动态系结与非
子型别的继承,会让 Smalltalk 程式者更难学会 C++。Paradigm Shift 公司曾教过
数千人 OO 技术,我们注意到:有 Smalltalk 背景的人来学 C++,通常和那些根本
没碰过继承的人学起来差不多累。事实上,对动态型别的 OOPL(通常是,但不全都
是 Smalltalk)有高度使用经验的人,可能会“更难”学好,因为想把过去的习惯“
遗忘”,会比一开始就学习静态型别来得困难。
【译注】作者是以「语言学习」的角度来看的。事实上,若先有 Smalltalk 之类的
物件导向观念的背景知识,再来学 C++ 就不必再转换 "paradigm"--物件
导向的中心思维是不会变的,变的只是实行细节而已。
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Q96:什麽是 NIHCL?到哪里拿到它?
NIHCL 代表 "national-institute-of-health's-class-library",美国国家卫生局
物件程式库。取得法:anonymous ftp 到 [128.231.128.7],
档案:pub/nihcl-3.0.tar.Z 。
NIHCL(有人念作 "N-I-H-C-L",有人念作 "nickel")是个由 Smalltalk 转移过来
的 C++ 物件程式库。有些 NIHCL 用到的动态型别很棒(譬如:persistent objects
,持续性物件),也有些地方动态型别会和 C++ 语言的静态型别相冲突,造成紧张
关系。
详见前面关於 Smalltalk 的 FAQs。
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■□ 第16节:参考与数值语意
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Q97:什麽是数值以及参考语意?哪一种在 C++ 里最好?
在参考语意 (reference semantics) 中,「设定」是个「指标拷贝」的动作(也就
是“参考”这个词的本意),数值语意 (value semantics,或 "copy" semantics)
的设定则是真正地「拷贝其值」,而不是做指标拷贝的动作。C++ 让你选择:用设定
运算子来拷贝其值(copy/value 语意),或是用指标拷贝方式来拷贝指标
(reference 语意)。C++ 让你能覆盖掉 (override) 设定运算子,让它去做你想要
的事,不过系统预设的(而且是最常见的)方式是拷贝其「数值」。
参考语意的优点:弹性、动态系结(在 C++ 里,你只能以传指标或传参考来达到动
态系结,而不是用传值的方式)。
数值语意的优点:速度。对需要物件(而非指标)的场合来说,「速度」似乎是很奇
怪的特点,但事实上,我们比较常存取物件本身,较不常去拷贝它。所以偶尔的拷贝
所付出的代价,(通常)会被拥有「真正的物件本身」、而非仅是指向物件的指标所
带来的效益弥补过去。
有三个情况,你会得到真正的物件,而不是指向它的指标:区域变数、整体/静态变
数、完全被某类别包含在内 (fully contained) 的成员物件。这里头最重要的就是
最後一个(也就是「成份」)。
後面的 FAQs 会有更多关於 copy-vs-reference 语意的资讯,请全部读完,以得到
较平衡的观点。前几则会刻意偏向数值语意,所以若你只读前面的,你的观点就会有
所偏颇。
设定 (assignment) 还有别的事项(譬如:shallow vs deep copy)没在这儿提到。
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Q98:「虚拟资料」是什麽?怎麽样/为什麽该在 C++ 里使用它?
虚拟资料让衍生类别能改变基底类别的物件成员所属的类别。严格说来,C++ 并不「
支援」虚拟资料,但可以模拟出来。不漂亮,但还能用。
欲模拟之,基底类别必须有个指标指向成员物件,衍生类别必须提供一个 "new" 到
的物件,以让原基底类别的指标所指到。该基底类别也要有一个以上正常的建构子,
以提供它们自己的参考(也是透过 "new"),且基底类别的解构子也要 "delete" 掉
被参考者。
举例来说,"Stack" 类别可能有个 Array 成员物件(采用指标),衍生类别
"StretchableStack" 可能会把基底类别的成员资料 "Array" 覆盖成
"StretchableArray"。想做到的话,StretchableArray 必须继承自 Array,这样子
Stack 就会有个 "Array*"。Stack 的正常建构子会用 "new Array" 来初始化它的
"Array*",但 Stack 也会有一个(可能是在 "protected:" 里)特别的建构子,以
自衍生类别中接收一个 "Array*"; StretchableArray 的建构子会用
"new StretchableArray" 把它传给那个特别的建构子。
优点:
* 容易做出 StretchableStack(大部份的程式都继承下来了)。
* 使用者可把 StretchableStack 当成“是一种”Stack 来传递。
缺点:
* 多增加额外的间接存取层,才能碰到 Array。
* 多增加额外的自由记忆体配置负担(new 与 delete)。
* 多增加额外的动态系结负担(原因请见下一则 FAQ)。
换句话说,在“我们”这一边,很轻松就成功做出 StretchableStack,但所有用户
却都为此付出代价。不幸的,额外负荷不仅在 StretchableStack 会有,连 Stack
也会。
请看下下一则 FAQ,看看使用者会「付出」多少代价。也请读读下一则 FAQ 以後的
几则(不看其他的,你将得不到平衡的报导)。
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Q99:虚拟资料和动态资料有何差别?
最容易分辨出来的方法,就是看看颇为类似的「虚拟函数」。虚拟成员函数是指:在
所有子类别中,它的宣告(型态签名)部份必须保持不变,但是定义(本体)的部份
可以被覆盖(override)。继承下来的成员函数可被覆盖,是子类别的静态性质
(static property);它不随任何物件之生命期而动态地改变,同一个子类别的不同
物件,也不可能会有不同的成员函数的定义。
现在请回头重读前面这一段,但稍作些代换:
* 「成员函数」 --> 「成员物件」
* 「型态签名」 --> 「型别」
* 「本体」 --> 「真正所属的类别」
这样子,你就看到虚拟资料的定义。
从另一个角度来看,就是把「各个物件」的成员函数与「动态」成员函数区分开来。
「各个物件」成员函数是指:在任何物件案例中,该成员函数可能会有所不同,可能
会塞入函数指标来实作出来;这个指标可以是 "const",因为它在物件生命期中不会
变更。「动态」成员函数是指:该成员函数会随时间动态地改变;也可能以函数指标
来做,但该指标不会是 const 的。
推而广之,我们得到三种不同的资料成员概念:
* 虚拟资料:成员物件的定义(真正所属的类别)可被子类别覆盖,只要它的宣告
(型别)维持不变,且此覆盖是子类别的静态性质。
* 各物件的资料:任何类别的物件在初始化时,可以案例化不同型式(型别)的成
员物件(通常是一个 "wrapper" 包起来的物件),且该成员物件真正所属的类别
,是把它包起来的那个物件之静态性质。
* 动态资料:成员物件真正所属的类别,可随时间动态地改变。
它们看起来都差不多,是因为 C++ 都不「直接支援」它们,只是「能做得出来」而
已;在这种情形下,模拟它们的机制也都一样:指向(可能是抽象的)基底类别的指
标。在直接提供这些 "first class" 抽象化机制的语言中,这三者间的差别十分明
显,它们各有不同的语法。
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Q100:我该正常地用指标来配置资料成员,还是该用「成份」(composition)?
成份。
正常情况下,你的成员资料应该被「包含」在合成的物件里(但也不总是如此;
"wrapper" 物件就是你会想用指标/参考的好例子;N-to-1-uses-a 的关系也需要某
种指标/参考之类的东西)。
有三个理由说明,完全被包含的成员物件(「成份」)的效率,比自由配置物件的指
标还要好:
* 额外的间接层,每当你想存取成员物件时。
* 额外的动态配置("new" 於建构子中,"delete" 於解构子中)。
* 额外的动态系结(底下会解释)。
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Q101:动态配置成员物件有三个效率因素,它们的相对代价是多少?
这三个效率因素,上一则 FAQ 有列举出来:
* 以它本身而言,额外的间接层影响不大。
* 动态配置可能是个效率问题(当有许多配置动作时,典型的 malloc 会拖慢速度
;OO 软体会被动态配置拖垮,除非你事先就留意到它了)。
* 用指标而非物件的话,会带来额外的动态系结。每当 C++ 编译器能知道某物件「
真正的」类别,该虚拟函数呼叫就能“静态”地系结住,能够被 inline。Inline
可能有无限大的 (但你可能只会相信有半打的 :-) 最佳化机会,像是 procedural
integration、暂存器生命期等等事项。三种情形之下,C++ 编译器能知道物件真
正的类别:区域变数、整体/静态变数、完全被包含的成员物件。
完全被包含的成员物件,可达到很大的最佳化效果,这是「成员物件的指标」所不可
能办到的。这也就是为什麽采用参考语意的语言,会「与生俱来」就效率不彰的原因
了。
注意:请读读下面三则 FAQs 以得到平衡的观点!
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Q102:"inline virtual" 的成员函数真的会被 "inline" 吗?
Yes,可是...
一个透过指标或参考的 virtual 呼叫总是动态决定的,可能永远都不会被 inline。
原因:编译器直到执行时(亦即:动态地),才会知道该呼叫哪个程式,因为那一段
程式,可能会来自呼叫者编译过後才出现的衍生类别。
因此,inline virtual 的呼叫可被 inline 的唯一时机是:编译器有办法知道某物
件「真正所属的类别」之时,这是虚拟函数呼叫里所要知道的事情。这只会发生在:
编译器拥有真正的物件,而非该物件的指标或参考。也就是说:不是区域变数、整体
/静态物件,就是合成物件里的完全包含物件。
注意:inline 和非 inline 的差距,通常会比正常的和虚拟的函数呼叫之差别更为
显著。譬如,正常的与虚拟的函数呼叫,通常只差两个记忆体参考的动作而已,可是
inline 与非 inline 函数就会有一个数量级的差距(与数万次影响不大的成员函数
呼叫相比,函数没有用 inline virtual 的话,会造成 25X 的效率损失!
[Doug Lea, "Customization in C++," proc Usenix C++ 1990]).
针对此现象的对策:不要陷入编译器/语言厂商之间,对彼此产品的虚拟函数呼叫,
做永无止尽的性能比较争论(或是广告噱头!)之中。和语言/编译器能否将成员函
数呼叫做「行内展开」相比,这种比较完全没有意义。也就是说,许多语言编译器厂
商,拼命强调他们的函数分派方式有多好,但如果他们没做“行内”成员函数呼叫的
话,整体性能还是会很差,因为 inline--而非分派--才是最重要的性能影响因
素。
注意:请读读下两则 FAQs 以看看另一种说法!
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Q103:看起来我不应该用参考语意了,是吗?
错。
参考语意是个好东西。我们不能抛弃指标,我们只要不让软体的指标变成一个大老鼠
窝就行了。在 C++ 里,你可以选择该用参考语意(指标/参考)还是数值语意(物
件真正包含其他物件)的时机。在大型系统中,两者应该取得平衡。然而如果你全都
用指标来做的话,速度会大大的降低。
接近问题层次的物件,会比较高阶的物件还要大。这些针对「问题空间」抽象化的个
体本身,通常比它们内部的「数值」更为重要。参考语意应该用於问题空间的物件上
。
注意:问题空间的物件,通常会比解题空间的更为高阶抽象化,所以相对地问题空间
的物件通常会有较少的交谈性。因此 C++ 给我们一个“理想的”解决法:我们用参
考语意,来对付那些需要独立的个体识别 (identity) 者,或是大到不适合直接拷贝
的物件;其他情形则可选择数值语意。因此,使用频率较高的就用数值语意,因为(
只有)在不造成伤害的场合下,我们才去增加弹性;必要时,我们还是选择效率!
还有其他关於实际 OO 设计方面的问题。想精通 OO/C++ 得花时间,以及高素质的训
练。若你想有个强大的工具,你必须投资下去。
<<<< 还不要停下来! 请一并读读下一则 FAQ!! >>>>
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Q104:参考语意效率不高,那麽我是否应该用传值呼叫?
不。
前面的 FAQ 是讨论“成员物件”(member object) 的,而不是函数参数。一般说来
,位於继承阶层里的物件,应该用参考或指标来传递,而非传值,因为惟有如此你才
能得到(你想要的)动态系结(传值呼叫和继承不能安全混用,因为如果把大大的子
类别物件当成基底的物件来传值的话,它会被“切掉”)。
除非有足以令人信服的反方理由,否则成员物件应该用数值,而参数该用参考传递。
前几则 FAQs 提到一些「足以信服的理由」,以支持“成员物件该用参考”一事了。
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