Герб Саттер - Стандарты программирования на С++. 101 правило и рекомендация

Начинающие программисты зачастую выполняют наследование от классов-значений, таких как класс string(стандартный или иной) просто чтобы "добавить больше функциональности". Однако определение свободной функции (не являющейся членом) существенно превосходит создание класса super_stringпо следующим причинам.

• Свободные функции хорошо вписываются в существующий код, который работает с объектами string. Если же вместо этого вы предоставляете класс super_string, вам придется вносить изменения в ваш код, заменяя типы и сигнатуры функций.

• Функции интерфейса, которые получают параметры типа string, при использовании наследования должны сделать одно из трех: а) отказаться от дополнительной функциональности super_string(бесполезно), б) копировать свои аргументы в объекты super_string(расточительно) или в) преобразовать ссылки на stringв ссылки на super_string(затруднительно и потенциально некорректно).

• Функции-члены super_stringне должны получить больший доступ к внутреннему устройству класса string, чем свободные функции, поскольку класс string, вероятно, не имеет защищенных ( protected) членов (вспомните — этот класс не предназначался для работы в качестве базового).

• Если класс super_stringскрывает некоторые из функций класса string(а переопределение невиртуальных функций в производном классе не является перекрытием — это просто сокрытие), это может вызвать неразбериху в коде, работающем с объектами string, которые создаются автоматическим преобразованием из класса super_string.

Словом, лучше добавлять новую функциональность посредством новых свободных (не являющихся членами) функций (см. рекомендацию 44). Чтобы избежать проблем поиска имен, убедитесь, что вы поместили функции в то же пространство имен, что и тип, для расширения функциональности которого они предназначены (см. рекомендацию 57). Некоторые программисты не любят свободные функции из-за их синтаксиса Fun(str)вместо str.Fun(), но это не более чем вопрос привычки.

Но что если класс super_stringнаследуется из класса stringдля добавления состояний, таких как кодировка или кэшированное значение количества слов? Открытое наследование не рекомендуется и в этом случае, поскольку класс stringне защищен от срезки (см. рекомендацию 54), и любое копирование super_stringв stringмолча уберет все старательно хранимые дополнительные состояния.

И наконец, наследование класса с открытым невиртуальным деструктором рискует получить эффект неопределенного поведения при удалении указателя на объект типа string, который на самом деле указывает на объект типа super_string(см. рекомендацию 50). Это неопределенное поведение может даже оказаться вполне допустимым при использовании вашего компилятора и распределителя памяти, но оно все равно рано или поздно выявится в виде затаившихся ошибок, утечек памяти, разрушенной кучи и кошмаров переноса на другую платформу.

Примеры

Пример 1. Композиция вместо открытого или закрытого наследования. Что делать, если вам нужен тип lосаlized_string, который "почти такой же, как и string, но с дополнительными данными и функциями и небольшими переделками имеющихся функций-членов string", и при этом реализация многих функций остается неизменной? В этом случае реализуйте ее с помощью класса string, но не наследованием, а комбинированием (что предупредит срезку и неопределенное полиморфное удаление), и добавьте транзитные функции для того, чтобы сделать видимыми функции класса string, оставшиеся неизменными:

class localized_string {

public:

// ... Обеспечьте транзитные функции для тех

// функций-членов string, которые остаются неизменными

// (например, определите функцию insert, которая

// вызывает impl_.insert) ...

void clear(); // Маскирует/переопределяет clear()

bool is_in_klingon() const; // добавляет функциональность

private:

std::string impl_;

// ... дополнительные данные-члены ...

};

Конечно, писать транзитные функции для всех функций-членов, которые вы хотите сохранить, — занятие утомительное, но зато такая реализация существенно лучше и безопаснее, чем использование открытого или закрытого наследования.

Пример 2. std::unary_function . Хотя класс std::unary_functionне имеет виртуальных функций, на самом деле он создан для использования в качестве базового класса и не противоречит рассматриваемой рекомендации. (Однако класс unary_functionможет быть усовершенствован добавлением защищенного деструктора — см. рекомендацию 50.)

[Dewhurst03] §70, §93 • [Meyers97] §33 • [Stroustrup00] §24.2-3, §25.2

Вы любите абстракционизм? Абстрактные интерфейсы помогают вам сосредоточиться на проблемах правильного абстрагирования, не вдаваясь в детали реализации или управления состояниями. Предпочтительно проектировать иерархии, реализующие абстрактные интерфейсы, которые моделируют абстрактные концепции.

Предпочитайте определять абстрактные интерфейсы и выполнять наследование от них. Абстрактный интерфейс представляет собой абстрактный класс, составленный полностью из (чисто) виртуальных функций и не обладающий состояниями (членами-данными), причем обычно без реализации функций-членов. Заметим, что отсутствие состояний в абстрактном интерфейсе упрощает дизайн всей иерархии (см. соответствующие примеры в [Meyers96]).

Желательно следовать принципу инверсии зависимостей (Dependency Inversion Principle, DIP; см. [Martin96a] и [Martin00]). Данный принцип состоит в следующем.

• Высокоуровневые модули не должны зависеть от низкоуровневых. И те, и другие должны зависеть от абстракций.

• Абстракции не должны зависеть от деталей; вместо этого детали должны зависеть от абстракций.

Из DIP следует, что корнями иерархий должны быть абстрактные классы, в то время как конкретные классы в этой роли выступать не должны (см. рекомендацию 35). Абстрактные базовые классы должны беспокоиться об определении функциональности, но не о ее реализации.

Принцип инверсии зависимостей имеет три фундаментальных преимущества при проектировании.

• Повышение надежности. Менее стабильные части системы (реализации) зависят от более стабильных частей (абстракций). Надежный дизайн — тот, в котором воздействие изменений ограничено. При плохом проектировании небольшие изменения в одном месте расходятся кругами по всему проекту и оказывают влияние на самые неожиданные части системы. Именно это происходит, когда проект строится на конкретных базовых классах.