Visual C++泛型編程實(shí)踐

2019-11-17 05:12:35

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供稿：網(wǎng)友

　　泛型程序設(shè)計(jì)(Generic PRogramming) 是建立在C++的Template機(jī)制基礎(chǔ)上的一種完全不同于面向?qū)ο蟮某绦蛟O(shè)計(jì)思維模式，STL是泛型概念的一套實(shí)作產(chǎn)品。Loki是一個(gè)與Boost齊名的開放源碼的C++程序庫，它通過一些精巧的裝置為常規(guī)C++開發(fā)提供了一些很有用的工具。

STL非常好用，彈性非常大，效率也很理想。目前幾種主流的C++編譯器均有相關(guān)的STL實(shí)現(xiàn)，而個(gè)人認(rèn)為目前非常流行的Visualc++ 6.0平臺中開發(fā)文檔應(yīng)用程序時(shí)，其文檔序列化的功能非常好用，但由于其序列化能力建立在MFC之上，并不被STL支持，所以，如何既擁有STL的效率及通用性，又保留MFC的序列化能力，便成了VisualC++ 6.0平臺上運(yùn)用STL技術(shù)開發(fā)文檔應(yīng)用程序時(shí)不得不面對的一個(gè)問題，在這里我就以非常流行的Visual C++ 6.0+SP5平臺結(jié)合一個(gè)假定的例子來介紹一下如何在Visual C++6.0中結(jié)合使用STL、Loki及模板技術(shù)來開發(fā)一個(gè)文檔應(yīng)用的開發(fā)歷程，希望能對大家有所啟發(fā)。

　　示例

　　先來簡單介紹一下我所用到的例子：一個(gè)簡單的商務(wù)進(jìn)銷存基本應(yīng)用（不必關(guān)注細(xì)節(jié)），它應(yīng)該包含：職員(Employee)、產(chǎn)品(ProdUCt)、倉庫(Storage)、往來單位(Supply)、帳戶(Account)、單據(jù)(Bill)等等，由于每種信息均應(yīng)有唯一標(biāo)識，所以我在這里選用STL中的map來表示如下（為了說明簡單起見，我們只列兩種）：

std::map＜size,Employee*＞ itsEmployees; 
//職員表
std::map＜size,Product*＞ itsProducts; 
//產(chǎn)品表
..

　　第一步：實(shí)現(xiàn)

　　我們將以上map放入多（單）文檔應(yīng)用程序的文檔類中，很顯然，我們必須對每一個(gè)表至少提供以下三種最基本的操作：添加新成員函數(shù)、刪除指定成員函數(shù)、獲取指定成員函數(shù)。

　　對于添加新成員，我們可以實(shí)現(xiàn)如下：

size addAccountMember(Account* e); //添加帳戶
{ 
　 //獲取下一個(gè)可用的ID號
　 size id=getNextAccountID(); 
　 itsAccounts[id]=e; 
　 returnid; 
}
size addEmployeeMember(Employee* e);//添加職員
{ 
　 //獲取下一個(gè)可用的ID號
　 size id=getNextEmployeeID(); 
　 itsEmployees[id]=e; 
　 return id; 
} 
..

　　接下來的刪除方法僅有一個(gè)size（唯一標(biāo)識）參數(shù)，實(shí)現(xiàn)如下:

void delAccount(size ID); //刪除指定帳戶
{ 
itsAccounts.erase(ID); 
}
void delEmployee(size ID); //刪除指定職員
{ 
itsEmployees.erase(ID); 
}
..

　　獲取指定成員的方法如下：

Account* getAccountMember(size ID) 
//獲取指定帳戶
{ 
return itsAccounts[ID]; 
} 
Employee* getEmployeeMember(size ID) //獲取指定職員
{ 
return itsEmployees[ID]; 
} 
..

　　另外，我們還要為每一個(gè)表提供一個(gè)獲取下一個(gè)可用ID的成員函數(shù)：

//獲取下一個(gè)可用職員號
Size getNextEmployeeID() 
{ 
　 if(itsEmployees.empty()) 
　　 return 1; 
　 std::map＜size,Employee*＞::iterator it=itsEmployees.end();
　 --it; 
　 return it-＞first+1; 
}
//獲取下一個(gè)可用帳戶號
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

　　以上實(shí)現(xiàn)的確達(dá)到了我們的設(shè)計(jì)目的，但僅從直觀上來看我就覺得它應(yīng)該還有改善的空間，最簡單的原因：因?yàn)樗拿靵y，沒有通用性，如:

addAccountMember, addEmployeeMember,.. 
delAccount, delEmployee,.. 
getAccountMember, getEmployeeMember,.. 
getNextAccountID, getNextEmployeeID,..

　　對于同一種功能存在這么多不同名稱的函數(shù)想起來就讓我感到可怕，在我們的這個(gè)簡單的例子中只對6個(gè)表實(shí)現(xiàn)了三種功能，我們需要為每個(gè)表實(shí)現(xiàn)4種不同名稱的函數(shù)，結(jié)果，我們需要記住4*6=24個(gè)不同名稱的函數(shù)及它們所對應(yīng)的功能，假如，假如我們要對更多的表實(shí)現(xiàn)更多的功能..，真的不敢相象我們到底要實(shí)現(xiàn)多少個(gè)不同名稱的函數(shù)。我想，不用等到函數(shù)接口數(shù)量爆炸，我的腦子就先爆炸了。假如能夠?qū)ν环N功能的函數(shù)使用一組相同的名字如：

addMember 
delMember 
getMember 
getNextMemberID

　　那么，我們的接口名稱數(shù)量就只與實(shí)現(xiàn)的功能多少成常數(shù)關(guān)系，而與我們要操作的表的個(gè)數(shù)無關(guān)了，整個(gè)程序就應(yīng)該清楚多了。　　第三步：改進(jìn)（重構(gòu)）

　　重構(gòu)是一個(gè)最近很流行的程序設(shè)計(jì)思想，說白了就是對已有程序進(jìn)行改進(jìn)，在不改變程序外在行為的前提下對程序結(jié)構(gòu)及設(shè)計(jì)進(jìn)行改進(jìn)，以使程序代碼更清楚、程序更健壯、更易于維護(hù)。

　　第一次改進(jìn)：使用函數(shù)重載減少接口名稱數(shù)量對于添加成員，我們可以直接使用C++的函數(shù)重載技術(shù)改進(jìn)如下：

size addMember(Account* e); //添加帳戶
{ 
　 //獲取下一個(gè)可用的ID號
　 size id=getNextAccountID(); 
　 itsAccounts[id]=e; 
　 return id; 
}
size addMember(Employee* e); //添加帳戶
{ 
　 //獲取下一個(gè)可用的ID號
　 size id=getNextEmployeeID(); 
　 itsEmployees[id]=e; 
　 return id; 
}

　　這樣一來，消除了對不同表進(jìn)行操作時(shí)調(diào)用的函數(shù)名稱的差異，但我們可以看出，這兩個(gè)函數(shù)的操作邏輯是完全一樣的，變化的部分與參數(shù)相關(guān)，這正是模板技術(shù)可以發(fā)揮作用的地方，但如何將不同的表添加方法與不同的ID號獲取方法及對應(yīng)的map聯(lián)系起來呢？

　　我們再來看刪除函數(shù)：由于不同表的刪除方法均只有一個(gè)相同類型的參數(shù)size ID,而函數(shù)重載必須要有不同的參數(shù)列表,所以，要想實(shí)現(xiàn)一個(gè)void delMember(size ID)分別對應(yīng)不同的表的刪除操作好象是不可能的，getMember(size ID)方法也是一樣，它對不同的表操作雖然有不同的返回值，但參數(shù)也是一樣的，所以，也不能運(yùn)用C++內(nèi)的函數(shù)重載方法來實(shí)現(xiàn)函數(shù)接口命名的一致化。而獲取下一個(gè)可用ID的函數(shù)方法甚至連參數(shù)都沒有，怎么辦呢？看來我們沒有辦法了。

　　幸運(yùn)的是，Andrei Alexandrescu在他的《 C++設(shè)計(jì)新思維——泛型編程與設(shè)計(jì)模式之應(yīng)用》一書中為我們提供了一種解決辦法: Type2Type——它是一個(gè)可用于代表參數(shù)類型，以讓你傳遞給重載函數(shù)的輕量級的ID，其定義如下：

Template ＜typename T＞ 
Struct Type2Type 
{ 
typedef T OriginalType; 
};

　　它沒有任何數(shù)值，但其不同型別卻足以區(qū)分各個(gè)Type2Type實(shí)體，而這正是我們所要的。現(xiàn)在，讓我們來先解決addMember成員函數(shù)中的獲取下一個(gè)可用ID號的函數(shù),我們可以定義一個(gè)重載的函數(shù)如下：

size getNextMemberID(Loki:: Type2Type＜Employee＞) 
//對應(yīng)職員操作
{ 
　 if (itsEmployees.empty()) 
　　 return 1; 
　 std::map＜size,Employee*＞::iterator it=itsEmployees. 
　 end();
　 --it; 
　 return it-＞first+1; 
}
size getNextMemberID(Loki:: Type2Type＜Account＞) 
//對應(yīng)帳戶操作
略..

　　相應(yīng)的，刪除類函數(shù)定義如下:

void delMember(size ID, Loki:: Type2Type＜Account＞) 
void delMember(size ID, Loki:: Type2Type＜Employee＞)

　　獲取類函數(shù)定義如下:

Account* getMember(size ID, Loki:: Type2Type＜Account＞) 
Employee* getMember(size ID, Loki:: Type2Type＜Employee＞)

　　這樣，我們的函數(shù)接口就比剛開始的方法更清楚，我們的大腦中要記住的函數(shù)名就要少多了。
　　第二次改進(jìn)：使用模板技術(shù)減少接口函數(shù)數(shù)量經(jīng)過第一次的改進(jìn)，我們的接口結(jié)構(gòu)比初始的方案要更清楚，但它似乎還存在一個(gè)問題：軟件大師Martin Fowler在他的著作《重構(gòu)——改善既有代碼的設(shè)計(jì)》中將之列為代碼的壞味道之首——代碼重復(fù)。

我們可以看到，添加、刪除、獲取的函數(shù)實(shí)現(xiàn)中，幾乎完全是一樣的實(shí)現(xiàn)邏輯，只不過所操作的map變量不同而已，如下（以添加為例）：

size addMember(Account* e); //添加帳戶
{ 
　 //獲取下一個(gè)可用的ID號 
　 size id= getNextMemberID(Loki::Type2Type＜Account＞()); 
　 itsAccounts[id]=e; 
　 return id; 
}
size addMember(Employee* e); //添加帳戶
{ 
　 //獲取下一個(gè)可用的ID號 
　 size id=getNextMemberID(Loki::Type2Type＜Employee＞()); 
　 itsEmployees[id]=e; 
　 return id; 
}

　　假如我們能有辦法根據(jù)不同的參數(shù)獲得不同的要操作的map變量，那么這兩個(gè)方法完全可以實(shí)現(xiàn)為一個(gè)模板方法如下：

template＜typename T＞ 
size addMember(T* e) 
{ 
　 size empid=getNextMemberID(Loki::Type2Type＜T＞()); 
　 //要害在于以下函數(shù)
　 std::map＜size,T*＞& its=getMap(Loki::Type2Type＜T＞()); 
　 its[empid]=e; 
　 return empid; 
}

　　假如getMap()方法能實(shí)現(xiàn)，那么，我們的模板方法就可以成功。
有了前面的鋪墊，這個(gè)應(yīng)該水到渠成：

std::map＜size,Account*＞& getMap(Loki::Type2Type＜Account＞) 
｛ 
　 return itsAccounts; 
｝
std::map＜size,Employee*＞& getMap(Loki::Type2Type 
＜Employee＞); 
｛ 
　 return itsEmployees; 
｝

　　這樣我們就可以將所有的添加、刪除、獲取函數(shù)進(jìn)行模板化實(shí)現(xiàn)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); 
}

　　這樣，對于本例中6個(gè)表分別實(shí)現(xiàn)添加、刪除、獲取成員三組方法，我們總共需要用：四個(gè)模板化函數(shù)、以及一組分別針對6個(gè)表的getMap重載函數(shù)。然后，我們每增加一個(gè)表，只需要為getMap方法添加一個(gè)重載的實(shí)現(xiàn)，與初始設(shè)計(jì)中的4*6＝24種名稱各不相同，每增加
一個(gè)表支持，要添加4種不同名稱的函數(shù)實(shí)現(xiàn)的方案比較起來，是不是更清楚、更易維護(hù)、易于擴(kuò)展了呢？

　　第四步：添加序列化支持

　　在本文開頭我提到：Visual c++ 6.0平臺中開發(fā)文檔應(yīng)用程序時(shí)，其文檔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，如何既擁有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，我以下就只講怎么做，而不講為什么了(參見《MFC深入淺出》)。

　　在這里我們假定map所包含的對象已具備序列化的能力，那么，對于一個(gè)map來說，其序列化實(shí)現(xiàn)應(yīng)該如下（以Account 為例）：

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); 
　　 } 
　 } 
}

　　將其中的型別相關(guān)信息提取出來，利用模板技術(shù)就得到一個(gè)map的序列化支持函數(shù)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); 
　　 } 
　 } 
}

　　這樣，我們只需要在文檔類的序列化函數(shù)中如下調(diào)用：

SerializeMap(ar,itsEmployees); 
SerializeMap(ar,itsAccounts); 
........

　　即可擁有MFC內(nèi)置的序列化能力了。

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