1 值傳遞
值傳遞實際上是,拷貝實參的值傳給形參,常用於“小對象” (small objects)
int fact(int val) // factorial of val
{
int ret = 1;
// assign ret * val to ret and decrement val
while (val > 1)
ret *= val--;
return ret;
}
調用該函數:
cout << "5! is " << fact(5) << endl;
<Effective C++> 中提及,值傳遞適用的“小對象”為:內置類型(built-in types),STL迭代器,函數對象類型(function object types)
<C++ Programming Lauguage> 中有一個小例子, 只包含一對 int 型數據成員(x 和 y) 的 Point 類,也可視為小對象
void Point::operator+=(Point delta); // pass-by-value
2 引用傳遞
引用傳遞不涉及拷貝,傳遞給形參的是實參變量的引用,常用來傳遞“大數值” (large values)
使用引用傳遞,有兩個優點:更高效,防切斷
2.1 更高效
下面是 Person 基類,及其派生類 Student 的定義
// class Person and its subclass Student
class Person{
public:
Person();
virtual ~Person();
private:
std::string name;
std::string address;
};
class Student: public Person{
public:
Student();
~Student();
private:
std::string schoolName;
std::string schoolAddress;
};
現有一個驗證學生身份的函數,形參為值傳遞,則拷貝實參給形參的代價是:調用基類 Person 的構造函數一次,基類內 string 型數據成員的構造函數兩次,
派生類 Student 的構造函數一次,派生類內 string 型數據成員兩次,最後還會調用相應的析構函數六次,共計十二次調用,自然效率低下。
而使用引用傳遞,並不涉及拷貝操作,故而顯著的提高了效率。
// 1) pass-by-value
bool validateStudent(Student s);
// 2) pass-by-reference-to-const
bool validateStudent(const Student& s);
2.2 防切斷
下面的例子中,派生類 WindowWithScrollBars 中,重寫了基類 Window 的虛函數 display
// base class Window
class Window{
public:
std::string name() const; // return name of window
virtual void display() const; // draw window and contents
};
class WindowWithScrollBars : public Window {
public:
virtual void display() const;
};
在 printNameAndDisplay 函數中,調用了 dispaly 函數,而形參若采用值傳遞方式,則會發生“切斷” (slicing),即 wwsb 調用的是 Window::display()
// pass-by-value is incorrect
void printNameAndDisplay(Window w)
{
std::cout << w.name();
w.display();
}
// WindowWithScrollBars object will be sliced off
WindowWithScrollBars wwsb;
printNameAndDisplay(wwsb);
因為在 printNameAndDisplay 中,並不修改傳遞進來的參數。因此,可使用 pass-by-const-reference 的形式,避免“切斷”的發生
3 動態綁定
上面"切斷"的例子,實際上涉及的是 C++ 的動態綁定機制 (dynamic binding), 而動態綁定的一個關鍵就是引用傳遞,下面看個更形象的例子:
class Quote {
public:
std::string isbn() const;
virtual double net_price(std::size_t n) const;
};
// Bulk_quote inherits from Quote
class Bulk_quote : public Quote {
public:
double net_price(std::size_t) const override;
};
在 cal_total 函數中,需要調用 net_price,采用 pass-by-const-reference 形式
// calculate the price
double cal_total(const Quote &item, size_t n)
{
double ret = item.net_price(n);
return ret;
}
實際程序中,調用 Quote::net_price 還是 Bulk_quote::net_price 取決於傳遞進來的參數
// basic is type Quote; bulk is type Bulk_quote
cal_total(basic, 20); // calls Quote::net_price
cal_total(bulk, 20); // calls Bulk_quote::net_price
C++ 的動態綁定也叫“遲邦定”,它使程序直到運行時,才基於引用或指針綁定的對象類型,來選擇調用哪個虛函數
4 設計模式
前面說到,動態綁定的一個關鍵是引用傳遞。實際上,它還有另一個關鍵 — 虛函數,例 2.2 中的 display 為虛函數,例 3 中的 net_price 同樣也是虛函數。
4.1 模板方法
有一種編程慣例叫做 NVI (non-virtural interface) — 非虛擬接口: 將所有的共有函數 (public) 聲明為非虛擬的,也即虛函數聲明為私有或保護 (private or protected)
該慣例 NVI 的實現,是通過一種設計模式 —— 模板方法 (template method) 來完成的
1) AbstractClass: TemplateMethod 為非虛成員函數(public),函數體內調用 PrimitiveOperation1 和 PrimitiveOperation2 兩個虛函數(protected)
2) ConcreteClass: 繼承自 AbstractClass, 重寫了兩個虛函數 PrimitiveOperation1 和 PrimitiveOperation2
4.2 代碼實現
按該模式則例 3 中 Quote 裡,可將 cal_total 聲明為公有非虛成員函數,net_price 則聲明為保護型,Bulk_quote 公有繼承自 Quote,且重寫虛函數 net_price
但在實際中,只有當 cal_total 內至少包含兩個類似 net_price 的操作函數(比如先調用 net_price 再 print_price),才有使用設計模式的必要
下面是模板方法模式的簡單示例:
class AbstractClass {
public:
...
void TemplateMethod();
protected:
virtual void PrimitiveOperation1() = 0;
virtual void PrimitiveOperation2() = 0;
};
class ConcreteClass : public AbstractClass {
...
protected:
void PrimitiveOperation1() override;
void PrimitiveOperation2() override;
};
void AbstractClass::TemplateMethod()
{
PrimitiveOperation1();
PrimitiveOperation2();
}
由上面的例子可以看到,模板方法是關於基類如何調用派生類內操作函數的,是一種反向控制結構,常用於代碼復用。
這種反向結構也體現了一個設計原則,即好萊塢原則 — “不要給我們打電話,我們會打給你”
小結:
1) use pass-by-value for small objects;use pass-by-const-reference to pass large values that you don’t need to modify
2) dynamic binding happens when a virtual function is called through a reference (or a pointer) to a base class
3) Tempalte method pattern - define the skeleton of an algorithm in an operation, deferring some steps to subclasses.
4) Hollywood principle - don't call us, we'll call you
參考資料:
<C++ Programming Language_4th> ch 12.2.1
<Effective C++_3rd> item 20
<C++ Primer_5th> ch 6.2, ch 15.1
<Design Patterns>
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