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Effective C++：条款44：将与参数无关的代码抽离template

2024-07-23 15:25:15   217人阅读

（一）

    template是节省时间和避免重复代码的一个奇妙方法。class template的成员函数只有在被使用时才被暗中具现化。function templates有类似的诉求。

    但是如果你不小心，使用templates可能导致代码膨胀（code bloat）：其二进制代码带着重复（或几乎重复）的代码、数据、或两者。其结果可能源码看起来合身整齐，但目标码却不是那么回事。你需要知道如何避免这样的二进制浮夸。

    主要工具是：共性与变性分析。

    在non-template中，重复十分明确，然而在template中，重复是隐晦的：你必须训练自己去感受当template被具现化多次时可能发生的重复。

    举例，矩阵template，支持矩阵inversion运算：

template<typename T, std::size_t n> 
class SquareMatrix{ 
public: 
    void invert(); 
};

template接受一个类型参数T，还有一个类型为size_t的非类型参数（non-type parameter）。

现在考虑，以下情况：

SquareMatrix<double, 5> sm1; 
sm1.invert(); 
SquareMatrix<double, 10> sm2; 
sm2.invert();
这会具现两份invert。这些函数并非完全相同，但除了常量5和10，其他部分都相同，这是template引出代码膨胀的一个典型例子。

所以我们要对它进行修改！

（二）

我们先把它修改成如下形式：

template<typename T>   //与尺寸无关的base class
class SquareMatrixBase {
protected:
	void invert(size_t matrixSize);  //以给定的尺寸求逆矩阵
};

template<typename T, size_t n>
class SquareMatrix : private SquareMatrixBase<T> {
private:
	using SquareMatrixBase<T>::invert;  //避免遮掩base版的invert
public:
	void invert() {
		this->invert(n);  //制造一个inline调用，用this->为了不被derived classes的函数名称掩盖
	}
};
带参数的invert位于base class中。和SquareMatrix一样，也是个template，不同的是他只对“矩阵元素对象的类型”参数化，不对矩阵的尺寸参数化。因此对于给定的元素对象类型，所有矩阵共享同一个(也是唯一一个）SquareMatrixBase class。也将因此而共享这唯一一个class内的invert。

目前为止一切都好，但是SquareMatrixBase::invert如何知道该操作什么数据？想必只有derived class知道。一个可能的做法是为SquareMatrixBase::invert添加一个新的参数，也许是个指针，指向一块用来放置矩阵数据的内存起始点。那行的通，但是十之八九invert不是唯一一个可写为“形式与尺寸无关并可移至SquareMatrixBase内”的SquareMatrix函数。如果有若干这样的函数，我们可以对所有这样的函数添加一个额外参数，却得一次次地告诉SquareMatrixBase相同的信息，这样不好。

（三）

我们尝试另外一种办法：

令SquareMatrixBase贮存一个指针，指向矩阵数值所在的内存。而只要它存储了那些东西，也就可能存储矩阵尺寸：

这允许derived classes决定内存分配方式。某些实现版本也许会将矩阵数据存储在SquareMatrix对象内部：

template<typename T>
class SquareMatrixBase {
protected:
	SquareMatrixBase(size_t n, T* pMem) : size(n), pData(pMem) {}
	void setDataPtr(T* ptr) {
		pData = http://www.mamicode.com/ptr;>
还有一种改法：
template<typename T>
class SquareMatrixBase {
protected:
	SquareMatrixBase(size_t n, T* pMem) : size(n), pData(pMem) {}
	void setDataPtr(T* ptr) {
		pData = http://www.mamicode.com/ptr;>以上这种做法是把每个矩阵的数据放进heap。

请记住：
（1）Template生成多个classes和多个函数，所以任何template代码都不该与某个造成膨胀的template参数产生相依关系。
（2）因非类型模版参数而造成的代码膨胀，往往可消除，做法是以函数参数或class成员变量替换template参数。
（3）因类型参数而造成的代码膨胀，往往可降低，做法是让带有完全相同二进制表述的具现类型共享实现码。



















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