Item 45: Use member function templates to accept “all compatible types”.
Item 13提到智能指针可用来自己主动释放堆中的内存,STL中的迭代器也是一种智能指针,它甚至支持链表元素指针的++
操作。
这些高级特性是普通指针所没有的。本文以智能指针为例。介绍成员函数模板的使用:
- 成员函数模板能够使得函数能够接受全部兼容的类型。
- 假设你用成员函数模板声明了拷贝构造函数和赋值运算符,仍然须要手动编写普通拷贝构造函数和拷贝运算符。
隐式类型转换
智能指针尽管比普通指针提供了很多其它实用的特性,但也存在一些问题。比方我们有一个类的层级:
class Top{};
class Middle: public Top{};
class Bottom: public Middle{};
普通指针能够做到派生类指针隐式转换为基类指针:
Top *p1 = new Bottom;
const Top *p2 = p1;
但假设是智能指针,比方我们实现了SmartPtr
,我们则须要让以下代码经过编译:
SmartPtr<Top> p1 = SmartPtr<Bottom>(new Bottom);
SmartPtr<const Top> p2 = p1;
同一模板的不同实例之间是没有继承关系的,在编译器看来AutoPtr<Top>
和AutoPtr<Bottom>
是全然不同的两个类。
所以上述代码直接编译是有问题的。
重载构造函数
为了支持用SmartPtr<Bottom>
初始化SmartPtr<Top>
,我们须要重载SmartPtr
的构造函数。
原则上讲,有多少类的层级我们就须要写多少个重载函数。
由于类的层级是会扩展的,因此须要重载的函数数目是无穷的。
这时便能够引入成员函数模板了:
template<typename T>
class SmartPtr{
public:
template<typename U>
SmartPtr(const SmartPtr<U>& other);
};
注意该构造函数没有声明为
explicit
。是为了与普通指针拥有相同的使用风格。子类的普通指针能够通过隐式类型转换变成基类指针。
接受同一模板的其它实例的构造函数被称为通用构造函数(generalized copy constructor)。
兼容类型检查
其实,通用构造函数提供了很多其它的功能。他能够把一个SmartPtr<Top>
隐式转换为SmartPtr<Bottom>
,把一个SmartPtr<int>
转换为SmartPtr<double>
。
但普通指针是不同意这些隐式转换的。因此我们须要把它们禁用掉。注意一下通用构造函数的实现方式便能够解决问题:
template<typename T>
class SmartPtr{
public:
template<typename U>
SmartPtr(const SmartPtr<U>& other): ptr(other.get()){};
T* get() const{ return ptr; }
private:
T *ptr;
};
在ptr(other.get())
时编译器会进行类型的兼容性检查。仅仅有当U
能够隐式转换为T
时。SmartPtr<U>
才干够隐式转换为SmartPtr<T>
。
这样就避免了不兼容指针的隐式转换。
其它使用方式
除了隐式类型转换。成员函数模板还有别的用途,比如赋值运算符。。以下是shared_ptr
的部分源代码:
template<class T>
class shared_ptr{
public:
template<class Y>
explicit shared_ptr(Y *p);
template<class Y>
shared_ptr<shared_ptr<Y> const& r>;
template<class Y>
shared_ptr& operator=(shared_ptr<Y> const& r);
};
能够看到普通指针Y*
到shared_ptr<Y>
声明了explicit
,须要显式的类型转换;而shared_ptr<Y>
之间仅仅须要隐式转换。
使用拷贝构造函数模板存在一个问题:编译器是会生成默认的拷贝构造函数?还是会从你的模板实例化一个拷贝构造函数? 即Y
== T
场景下的编译器行为。
其实,成员函数模板不会改变C++的规则。
C++规则讲:假设你没有声明拷贝构造函数,那么编译器应该生成一个。
所以Y
== T
时拷贝构造函数不会从成员函数模板实例化,而是会自己生成一个。
所以shared_ptr
模板中还是手动声明了拷贝构造函数:
template<class T>
class shared_ptr{
public:
shared_ptr(shared_ptr const& r);
template<class Y>
shared_ptr(shared_ptr<Y> const& r);
shared_ptr& operator=(shared_ptr const& r);
template<class Y>
shared_ptr& operator=(shared_ptr<Y> const& r);
};