站在对象模型的尖端

Posted 2021-03-17 tianzeng

一、Template

　　template的三个主要的讨论方向

1. template的声明，也就是说当你声明一个template class、template class member function等时，会发生什么事情。
2. 如何”实例化“class object、inline nonmember以及member template functions。这些是”每一个编译单位都会拥有一份实例“的东西。
3. 如何”实例化“nonmember、member template functions以及static template class members。这些都是每一个可执行文件中只需要一份实例的东西。

　　其中实例化表示进程将真正的类型和表达式绑定到template相关形式参数上。

Template的“实例化”行为

template<class Type>  
class Point  
{  
public:  
    enum Status { unallocated, normalized };  
    Point( Type x = 0.0, Type y = 0.0, Type z = 0.0 );  
    ~Point();  
     
    void* operator new(size_t);  
    void operator delete(void*,size_t);  
private:  
    static Point<Type> *freeList;  
    static int chunkSize;  
    Type _x,_y,_z;  
};  

　　当编译器看到template class的时候不会有任何反应，也就是说static data member并不可用，嵌套enum也一样。

　　其中，enum Status的真正类型在所有的Point 实例中都一样。但我们依旧只能通过template Point class的某个实例来存取和操作。即我们可以这样写：

Point<float>::Status s;//正确  
Point::Status s;//错误  

//同样freeLsit和chunkSize对程序而言也不可用
Point::freeList;//错误  
Point::chunkSize;//错误  
Point<float>::freeList;//正确  
Point<float>::chunkSize;//正确  

//若是引用
const Point<float> &ref = 0;
//此时，编译器会实例化一个Point的float实例,它会被扩展为一下形式：
//内部扩展  
Point<float> temp(float(0));  //因为引用并不是无物的代名词，0被视为整数，必须被转化为一下类型的一个对象
const Point<float> &ref = temp;  

Point<float> 
//一个class object的定义，不论是由编译器暗中的做（像temp那样），或是由程序员显式的做
const Point<float> origin;  

　　都会导致template class 的实例化。

　　然而，member function（成员函数）（至少对那些未被使用过的）不应该被实例化，只有在被使用的时候，C++标准才要求它们被实例化。

　　由使用者来主导”实例化“规则主要有两个原因：

1. 空间和时间效率的考虑。因为一个类可能会有很多member functions，但一个class实例并不一定会用到所有的member function。
2. 尚未实现的机能。例如：origin的定义需要调用Point的默认构造函数和析构函数，因此只有这两个函数需要被实例化。

　　实例化这些函数：目前有两种策略：（1）在编译的时候；（2）在链接的时候。

Template的错误报告

　　在template class中，所有与类型有关的检验，如果牵扯到template参数，都必须延迟到真正的实例化操作发生才进行。

Template中的名称决议法

1. scope of the template definition(定义出template的域)
2. scope of the template instantiation（实例化template的域)

//scope of the template definition  
  
extern double foo( double );  
  
template<class type>  
class ScopeRules  
{  
public:  
    void invariant()  
     {  
            _member = foo(_val);  
     }  
     type type_dependent()  
     {  
            return foo(_member);//书中此处我觉得有问题，因为type的具体值是什么还不知道  
              //那么如果类型不匹配就无法成功调用foo()函数。还请网友指点一下  
     }  
private:  
     int _val;  
     type _member;  
}; 

//scope of template instantiation  
extern int foo( int );  
ScopeRules<int> sr0;  

　　此时如果有以下调用：

sr0.invariant();  
//那么在invariant()中调用的究竟是哪个foo()函数实例?答案是
extern double foo( double );  

　　因为：

　　在Template中，对于一个nonmember name（非成员名称）的决议结果，是根据这个name的使用是否  与”用以实例化该template的参数类型“有关而决定的。

1. 如果不相关，就使用scope of the template definition来决定name；
2. 如果相关，就使用scope of template instantiation来决定name；

 如果此时有如下调用：

sr0.type_dependent(); 

　　那么此时会调用scope of template instantiation中声明的foo()函数，而在该例子中，共有两个foo()函  数，且此例的_member类型为int，所以调用

extern int foo( int );  
//如果是
ScopeRules< double > sr0;  
//那么就会调用
extern double foo( double );

　　不管如何演变，都是由“scope of template instantiation”来决定。

　　总结如下：

scope of template definition//用以专注于一般的template class  
scope of template instantiation//用以专注于特定的实例  

Member function的实例化行为

　　template functions的实例化：

　　目前有两个策略，一个是编译时期策略，另一个是链接时期策略。

　　但这两个策略都有一个共同的缺点：当template实例被产生出来时，有时候会大量增加编译时间。

总结

　　因为模板类型不确定，所以对一个模板类型的变量赋初值可能会是错误的。因为模板类型不确定，所以并不是所有运算符都会支持。模板最后应该以分号结束。因为，在模板类中，所有关于类型的检查会延迟到实例化之后才会发生。

　　一个编译器要保持两个scope contexts，其实也就是模板一般化和模板特化，一个用以一般的模板类，另一个用以专注于特定的实例。

二、异常处理

　　当一个异常发生时，编译系统必须完成以下事情：

1. 检验发生throw操作的函数
2. 觉得throw操作是否发生在try区段中。
3. 若是，编译系统必须把异常类型拿来和每一个catch子句进行比较。
4. 如果比较吻合，流程控制应该交到catch子句手中。
5. 如果throw的发生并不在try区段中，或没有一个catch子句吻合，那么系统必须（a）摧毁所有已构造的局部对象，（b）从堆栈中将木目前的函数“unwind”（解除）掉。（c）进行到程序堆栈的下一个函数中去，然后重复上述步骤2~5。

　　当一个异常被抛出时，异常对象会被产生出来并通常放置在相同形式的异常数据堆栈中。从throw端传给catch子句的，是异常对象的地址、类型描述器（或是一个函数指针，该函数会传回与该异常类型有关的类型描述器对象）以及可能会有的异常对象描述器。

　　c++的实现中，正常执行时，在每一个函数被推离堆栈之前，函数的 local class objects 的 destructor会被调用。

　　如果exception抛出时，exception之前的local object 会析构，后面的代码不执行，所以才需要那些什么auto_ptr什么的包装一层，也就是在前面声明一些auto_ptr,即使遇到exception,auto_ptr 的析构函数也会被调用。

三、执行期类型识别

（Type-safe Downcast)保证安全的向下转换操作

　　一个保证安全的向下转换操作必须在执行期对指针有所查询，看看它是否指向它所展现的对象的真正类型。因此，要想支持type-safe downcast，在对象空间和执行时间上都需要有一些额外负担：

1. 需要额外的空间以存储类型信息，通常是一个指针，指向某个类型信息节点。
2. 需要额外的时间以决定执行期的类型（run type），因为，这需要在执行期才能决定。

　　C++的RTTI（运行时类型识别）机制提供了一个安全的downcast设备，但只对那些展现多态（也就是使用继承和动态绑定）的类型有效。

　　通过声明一个或多个虚拟函数来区别class声明来分辨出这些类型。

　　在C++中，一个具备多态性质的class，正是内含继承而来（或直接声明）的虚拟函数。

　　c++ 的 RTTI(Run time type identification)执行期类型识别，有的编译器是在virtual table里的一个指针指向具体的 type_info结构来实现的。

　　假如产生一个exVetex异常（exVetex继承自exPoint)，下面两种写法有些不同：

//1.
catch(exPoint p){
    throw; //继续抛出的是exVetex,p是一个临时对象
}

//2.
catch(exPoint &p){
    throw;//继续抛出的是裁剪后的exPoint
}

　　只有在一个catch子句评估完毕并且知道它不会再抛出exception之后，真正的exception object才会被销毁。

引用不是指针

　　程序执行中对一个class指针类型施以dynamic_cast运算符，会获得true或false：

1. 如果传回真正的地址，则表示这一对象的动态类型被确认了，一些与类型有关的操作现在可以施行于其上。
2. 如果传回0，则表示没有指向任何对象，意味着应该以另一种逻辑施行于这个动态类型未确定的对象身上。

　　dynamic_cast运算符也适用于引用上，然而对于一个non-type-safe cast，其结果不会与施行于指针的情况  相同。因为引用不可以像指针那样“把自己设为0来表示”no object“”。

　　Waring：若将一个引用设为0，会引起一个临时对象被产生出来，且该对象的初值为0。

　　因此，当dynamic_cast施行于一个引用时，会发生下列事情：

1. 如果引用真正参考到适当的继承类，downcast会被执行而程序可以继续进行。
2. 如果引用并不真正是某一种继承类时，那么，由于不能传回0，因此抛出一个bad_cast 异常。

typeid运算符

　　typeid运算符，主要用于判断两个对象是否是同一个类。返回值为type_info。

　　ypeid 返回的是一个class的typeInfo的结构。