More Effective C++ 阅读笔记(十一)--怎样让构造函数和非成员函数虚拟化

More Effective C++ 阅读笔记(十一)--怎样让构造函数和非成员函数虚拟化
黑月亮 发表于 2005-10-5 10:11:00

构造函数虚拟化

class NewsLetter {
public:
NewsLetter(istream& str);
...
};
此构造函数的伪代码是这样的：
NewsLetter::NewsLetter(istream& str)
{
while (str) {
从str读取下一个component对象;
把对象加入到newsletter的 components对象的链表中去;
}
}
或者，把这种技巧用于另一个独立出来的函数叫做readComponent，如下所示：
class NewsLetter {
public:
...
private:
// 为建立下一个NLComponent对象从str读取数据,
// 建立component 并返回一个指针。
static NLComponent * readComponent(istream& str);
...
};
NewsLetter::NewsLetter(istream& str)
{
while (str) {
// 把readComponent返回的指针添加到components链表的最后，
// "push_back" 一个链表的成员函数，用来在链表最后进行插入操作。
components.push_back(readComponent(str));
}
}
考虑一下readComponent所做的工作。它根据所读取的数据建立了一个新对象，或是TextBlock或是Graphic。因为它能建立新对象，它的行为与构造函数相似，而且因为它能建立不同类型的对象，我们称它为虚拟构造函数。虚拟构造函数是指能够根据输入给它的数据的不同而建立不同类型的对象。虚拟构造函数在很多场合下都有用处，从磁盘（或者通过网络连接，或者从磁带机上）读取对象信息只是其中的一个应用。（WQ加注：readComponent()的实现可详见《汤姆.斯旺C＋＋编程秘诀》）
还有一种特殊种类的虚拟构造函数――虚拟拷贝构造函数――也有着广泛的用途。虚拟拷贝构造函数能返回一个指针，指向调用该函数的对象的新拷贝。因为这种行为特性，虚拟拷贝构造函数的名字一般都是copySelf，cloneSelf或者是象下面这样就叫做clone。很少会有函数能以这么直接的方式实现它：
class NLComponent {
public:
// declaration of virtual copy constructor
virtual NLComponent * clone() const = 0;
...
};
class TextBlock: public NLComponent {
public:
virtual TextBlock * clone() const // virtual copy
{ return new TextBlock(*this); } // constructor
...
};
class Graphic: public NLComponent {
public:
virtual Graphic * clone() const // virtual copy
{ return new Graphic(*this); } // constructor
...
};
正如我们看到的，类的虚拟拷贝构造函数只是调用它们真正的拷贝构造函数。因此“拷贝”的含义与真正的拷贝构造函数相同。如果真正的拷贝构造函数只做了简单的拷贝，那么虚拟拷贝构造函数也做简单的拷贝。如果真正的拷贝构造函数做了全面的拷贝，那么虚拟拷贝构造函数也做全面的拷贝。如果真正的拷贝构造函数做一些奇特的事情，象引用计数或copy-on-write（参见条款M29），那么虚拟构造函数也这么做。完全一致，太棒了。
NewsLetter::NewsLetter(const NewsLetter& rhs)
{
// 遍历整个rhs链表，使用每个元素的虚拟拷贝构造函数
// 把元素拷贝进这个对象的component链表。
// 有关下面代码如何运行的详细情况，请参见条款M35.
for (list<NLComponent*>::const_iterator it =
rhs.components.begin();
it != rhs.components.end();
++it) {
// "it" 指向rhs.components的当前元素，调用元素的clone函数，
// 得到该元素的一个拷贝，并把该拷贝放到
// 这个对象的component链表的尾端。
components.push_back((*it)->clone());
}
}
遍历被拷贝的NewsLetter对象中的整个component链表，调用链表内每个元素对象的虚拟构造函数。我们在这里需要一个虚拟构造函数，因为链表中包含指向NLComponent对象的指针，但是我们知道其实每一个指针不是指向TextBlock对象就是指向Graphic对象。无论它指向谁，我们都想进行正确的拷贝操作，虚拟构造函数能够为我们做到这点。

虚拟化非成员函数

就象构造函数不能真的成为虚拟函数一样，非成员函数也不能成为真正的虚拟函数（参见Effective C++ 条款19）。然而，既然一个函数能够构造出不同类型的新对象是可以理解的，那么同样也存在这样的非成员函数，可以根据参数的不同动态类型而其行为特性也不同。例如，假设你想为TextBlock和Graphic对象实现一个输出操作符。显而易见的方法是虚拟化这个输出操作符。但是输出操作符是operator<<，函数把ostream&做为它的左参数（left-hand argument）（即把它放在函数参数列表的左边 译者注），这就不可能使该函数成为TextBlock 或 Graphic成员函数。
一种方法是为打印操作声明一个虚拟函数（例如print）把它定义在TextBlock 和 Graphic类里。但是如果这样，打印TextBlock 和 Graphic对象的语法就与使用operator<<做为输出操作符的其它类型的对象不一致了，这些解决方法都不很令人满意。我们想要的是一个称为operator<<的非成员函数，其具有象print虚拟函数的行为特性。有关我们想要什么的描述实际上已经很接近如何得到它的描述。我们定义operator<< 和print函数，让前者调用后者！
class NLComponent {
public:
virtual ostream& print(ostream& s) const = 0;
...
};
class TextBlock: public NLComponent {
public:
virtual ostream& print(ostream& s) const;
...
};
class Graphic: public NLComponent {
public:
virtual ostream& print(ostream& s) const;
...
};
inline
ostream& operator<<(ostream& s, const NLComponent& c)
{
return c.print(s);
}
具有虚拟行为的非成员函数很简单。你编写一个虚拟函数来完成工作，然后再写一个非虚拟函数，它什么也不做只是调用这个虚拟函数。为了避免这个句法花招引起函数调用开销，你当然可以内联这个非虚拟函数（参见Effective C++ 条款33）。