《Effective C++》学习笔记——条款45

七、模板与泛型编程

条款45：运用成员函数模板接受所有兼容类型

让智能指针隐式转换

智能指针：
它是”行为像指针”的对象，并提供指针没有的机能。
真实指针的优点：
支持隐式转换，比如：

class Top  {  ...  };class Middle: public Top  {  ...  };class Bottom: public Middle  {  ...  };Top* pt1 = new Middle;    // 将Middle* 转换为 Top*Top* pt2 = new Bottom;    // 将Bottom* 转换为 Top*const Top* pt2 = pt1;     // 将Top* 转换为const Top*

如果想在用户自定的智能指针中模拟上述转换：

template<typename T>class SmartPtr  {public:    explicit SmartPtr(T* realPtr);    // 智能指针通常以内置指针完成初始化    ...};SmartPtr<Top> pt1 = SmartPtr<Middle>(new Middle);    // 将Middle转换为TopSmartPtr<Top) pt2 = SmartPtr<Bottom>(new Bottom);    // 将Bottom转换为TopSmartPtr<const Top> pct2 = pt1;    // 将Top转换为const Top

但是，同一个template的不同具现体之间并不存在什么与生俱来的固有关系。

• 固有关系：指如果以带有base-derived关系的B、D两类型分别具现化某个template，产生出来的两个具现体并不带有base-derived关系。

所以编译器将SmartPtr<Middle> 和 SmartPtr<Top> 看做两个完全不同的类，为了实现我们上述的转换能力，必须将它们明确地写出来。

Template和泛型编程

我们永远无法写出我们需要的所有构造函数。
因为一个template可被无限量具现化，以致生成无限量的函数。因此，似乎我们需要的不是为SmartPtr写一个构造函数，而是为它写一个构造模板。这样的模板是所谓member function templates，其作用是为class生成函数：

template<typename T>class SmartPtr  {public:    template<typename U>    SmartPtr(const SmartPtr<U>& other);    // 生成copy构造函数    ...};

上述代码是指：对任何类型T和任何类型U，这里可以根据SmartPtr<U>生成一个SmartPtr<T> —— 因为 SmartPtr<T> 有个构造函数接受一个SmartPtr<U>参数。这一类构造函数根据对象u创建对象t，而u和v的类型是一个template的不同具现体，有时我们称之为泛化copy构造函数。

• 原始指针类型之间的转换是隐式转换，无需明白写出转型动作。在模板化构造函数中略去explicit就是为了这个目的。

我们希望根据一个SmartPtr 创建一个SmartPtr，却不希望根据一个SmartPtr创建一个SmartPtr。
因为那对public继承而言是矛盾的。我们也不希望根据一个SmartPtr创建一个SmartPtr，因为现实中并没有“将int* 转换为 double* ”的对应隐式转换行为。
所以，必须从某方面对这一member template所创建的成员函数群进行拣选或筛除。

通过在”构造模板”实现代码中约束转换行为：

template<typename T>class SmartPtr  {public:    template<typename U>    SmartPtr(const SmartPtr<U>& other) : heldPtr(other.get())    // 以other的heldPtr    {  ...  }    // 初始化this的heldPtr    T* get() const  {  return heldPtr;  }        ...private:    T* heldPtr;    // 这个SmartPtr持有的内置指针};

使用成员初值列（member initialization list）来初始化SmartPtr<T> 之内类型为T* 的成员变量，并以类型为U* 指针（由SmartPtr 持有）作为初值。
这个行为只有当”存在某个隐式转换可将一个U* 指针转为一个T* 指针”时才能通过编译。
最终的效益是SmartPtr<T>现在有了一个泛化copy构造函数，这个构造函数只在其所获得的实参隶属适当类型时才通过编译。

member function templates（成员函数模板）的赋值操作

TR1的shared_ptr支持所有”来自兼容之内置指针、tr1::shared_ptrs、auto_ptrs 和 tr1::weak_ptrs”的构造行为，以及所有来自上述各物（tr1::weak_ptrs除外）的赋值操作。
下面是TR1规范中关于tr1::shared_ptr的一份摘录，其中强烈倾向声明template参数时采用关键字class而不采用typename。

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> explicit shared_ptr(weak_ptr<Y> const& r);    template<class Y> shared_ptr(auto_ptr<Y>& r);    template<class Y> shared_ptr& operator = (shared_ptr<Y> const& r);    template<class Y> shared_ptr& operator = (auto_ptr<Y>& r);    ...};

1. 上述所有构造函数都是explicit，唯有”泛化copyt构造函数”除外。它代表着从某个shared_ptr类型隐式转换至另一个shared_ptr类型是被允许的，但从某个内置指针或从其他智能指针类型进行隐式转换则不被认可。
2. 传递给tr1::shared_ptr构造函数和assignment操作符的auto_ptrs并未声明为const，与之形成对比的则是tr1::shared_ptrs和tr1::weak_ptrs都以const传递。这是因为条款13说过，当你复制一个auto_ptrs，它们其实被改动了。
3. member templates并不改变语言规则，而语言规则说，如果程序需要一个copy构造函数，你却没有声明它，编译器会为你自动生成一个。在class内声明泛化copy构造函数并不会阻止编译器生成它们自己的copy构造函数，所以如果想要控制copy构造的所有，则必须同时声明泛化copy构造函数和正常的copy构造函数。相同规则也适用于赋值操作。

请记住

• 请使用 member function templates 生成”可接受所有兼容类型”的函数。
• 如果声明 function templates 用于”泛化copy构造” 或 “泛化 assignment操作”, 还是需要声明正常的copy构造函数和copy assignment操作符。