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

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?

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.

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.

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.