《深度探索C++对象模型》读书笔记（7）

***Template的“具现”行为***
template class中的任何member都只能通过template class的某个实体来存取或操作。

Point<float>::Status s;  // ok
Point::Status s;  // error

如果我们定义一个指针，指向特定的实体，像这样：

Point<float> *ptr = 0;

由于这是一个指向class object的指针，本身并不是一个class object，编译器不需要知道与该class有关的任何members数据。所以将“Point的一个float实体”具现也就没有必要。
如果不是一个pointer而是reference，假设：

Point<float> &ref = 0;

这个定义的真正语意会被扩展为：

// 内部扩展
Point<float> temp(float(0));
Point<float> &ref = temp;

以上转化是因为reference并不是无物（no object）的代名词，0被视作整数，必须被转换为类型Point<float>的一个对象。
然而，member functions只有在member functions被使用的时候，C++ Standard才要求它们被“具现”出来。这个规则的由来主要有两个原因：
（1）空间和效率的考虑。对于未使用的函数进行“具现”将会花费大量的时间和空间；
（2）尚未实现的功能。并不是一个template具现出来的所有类型一定能够完整支持一组member functions，因而只需具现真正需要的member functions。
举个例子：

Point<float> *p = new Point<float>;

只有（a）Point template的float实例、（b）new 运算符、（c）default constructor需要被“具现”。

 

***Template的错误报告***
所有与类型相关的检验，如果涉及到template参数，都必须延迟到真正的具现操作发生。
对于下面的template声明：

template <class T>
class Mumble
...{
public:
Mumble(T t = 1024) : _t(t)
...{
if(tt != t)
throw ex ex;
}
private:
T tt;
}

其中像“T t = 1024”、“tt != t”这样的潜在错误在template声明时并不会报告，而会在每个具现操作发生时被检查出来并记录之，其结果将因不同的实际类型而不同。

Mumble<int> mi;  // 上述两个潜在错误都不存在
Mumble<int*> pmi;  // 由于不能将一个非零的整数常量指定给一个指针，故“T t = 1024”错误

 

***Template中的名称决议方式***
区分以下两种意义：一种是“scope of the template definition”，也就是“定义出template”的程序，另一种是“scope of the template instantiation”，也就是“具现出template”的程序。

// 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); }
// ...
private:
int _val;
type _member;
};

// scope of the template instantiation
extern int foo(int);

ScopeRules<int> sr0;

在“scope of the template definition”中，只有一个foo()函数声明位于scope之内；然而在“scope of the template instantiation”中，两个foo()函数声明都位于scope之内。对于以下函数操作：

// scope of the template instantiation
sr0.invariant();

那么，在invariant()中调用的究竟是哪一个foo()函数实体呢？
Template之中，对于一个nonmember name的决议结果是根据这个name的使用是否与“用以具现出该template的参数类型”有关而决定的，如果其使用互不相关，那么就以“scope of the template definition”来决定name，否则就以“scope of the template instantiation”来决定name。

// 因为_val的类型是int，而函数的决议只和函数原型有关，与函数返回值无关
// 被用来具现这个template的真正类型对于_val的类型没有影响
_member = foo(_val);

故此处的调用操作由“scope of the template definition”来决议。
若是如下的函数调用：

sr0.type_dependent();

由于_member的类型与template参数有关，故此处由“scope of the template instantiation”来决议。

 

***Member Function的具现行为***
以手动方式在个别的object module中完成预先具现操作，是唯一有效率的办法。

 

***执行期类型识别***
dynamic_cast运算符可以在执行期决定真正的类型。如果downcast是安全的（也就是说，一个base type pointer指向一个derived class object），这个运算符会传回被适当转型过的指针；如果downcast不是安全的，这个运算符会传回0。

typedef type *ptype;
typedef fct *pfct;

simplify_conv_op(ptype pt)
...{
if(pfct pf = dynamic_cast<pfct>(pt)) ...{
...
}
else ...{ ... }
}

什么是dynamic_cast的真正成本？pfct的一个类型描述器会被编译器产生出来，由pt指向之class object类型描述器必须在执行期通过vptr取得。下面是可能的转换：

// 取得pt的类型描述器
((type_info*)(pt->vptr[0]))->_type_description;

其中，type_info是C++ Standard所定义的类型描述器的class名称，该class中放置着待索求的类型信息。virtual table的第一个slot内含type_info object的地址，此type_info object与pt所指之class type有关。
dynamic_cast运算符也适用于reference身上，然而对于一个non-type-safe-cast，其结果不会与施行于指针的情况一样。一个reference不可以像指针那样“把自己设为0便代表了no object”；若将一个reference设为0，会引起一个临时性对象（拥有被参考到的类型）被产生出来，该临时对象的初值为0，这个reference然后被设定为该临时变量的一个别名。
因而，如果reference并不真正是某一种derived class，那么可通过丢出一个bad_cast exception进行处理：

simplify_conv_op(const type &rt)
...{
try ...{
fct &rf = dynamic_cast<fct&>(rt);
}
catch(bad cast) ...{
// ...
}
}

当然，你也可以使用typeid运算符来达到同样的目的：

simplify_conv_op(const type &rt)
...{
if(typeid(rt) == typeid(fct))
...{
fct &rf = dynamic_cast<fct&>(rt);
}
else ...{ ... }
}