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在C++中通過模板規避潛在錯誤

注:本文節選自我正在創作的第二本書《C++跨平台與框架開發》,其中一些措詞並未就博文進行調整,閱讀時請注意。

模板(template)為C++帶來了泛型編程的能力,但也帶來了使用難度。大體上,使用模板的三大動機分別是提高復用性、去除強制轉換和規避潛在錯誤。在此讓我們看一看規避錯誤的一個例子。

假設我們有圖 1所示的被簡化了的定時器管理模塊程序。從構造函數來看,它的三個參數分別指明了定時器的延時時間、回調函數和回調函數的參數,其中的回調函數是通過timer_callback_t類加以封裝的。當定時器到期時,它的fire()函數會被調用。間接地,fire()函數調用定時器所保存回調函數類對象的handle()函數。

  1. class timer_callback_t 
  2.     virtual void handle (timer_t &_timer, timer_callback_arg_t *_p_arg) = 0; 
  3. }; 
  4.  
  5. class timer_t 
  6. public: 
  7.     timer_t (msecond_t _duration, timer_callback_t *_p_callback,  
  8.         timer_callback_arg_t *_p_callback_arg); 
  9.  
  10. private: 
  11.     void fire () 
  12.     { 
  13.         p_callback_.handle (this, p_callback_arg_); 
  14.     } 
  15.  
  16.     timer_callback_t *p_callback_; 
  17.     timer_callback_arg_t *p_callback_arg_; 
  18. }; 

圖1

圖 2示例了如何使用定時器。首先,得針對定時器的用途通過派生timer_callback_t類實現相應的回調函數類。接著,在創建定時器時需實例化回調函數類。圖中foo()和bar()函數分別示例了兩種實例化回調函數類的方法,前者采用的是定義靜態類變量,後者采用的是通過new進行動態分配。

  1. class connect_timeout_callback_t: public timer_callback_t 
  2.     void handle (timer_t &_timer, timer_callback_arg_t *_p_arg) 
  3.     { 
  4.         // do something here 
  5.     } 
  6. }; 
  7.  
  8. void foo () 
  9.     static connect_timeout_callback_t callback; 
  10.     timer_t *p_timer = new timer_t (100, &callback, 0); 
  11.  
  12. void bar () 
  13.     connect_timeout_callback_t *p_callback = new connect_timeout_callback_t (); 
  14.     timer_t *p_timer = new timer_t (100, p_callback, 0); 

圖2

定時器模塊的實現使得在foo()和bar()函數中實例化回調函數類的方法需要注意一些點,否則容易犯錯。在foo()函數所使用的方法中,如果不小心忘記了將類變量定義成靜態的,會因為變量分配在棧上而最終導致程序出錯;在bar()函數中,如果忘記了將通過new分配獲得的內存用delete釋放,則會產生內存洩漏。能否通過設計避免這些潛在的問題呢?

圖3是對定時器管理模塊采用模板重寫後的程序。其中最大的變化是timer_t類的構造函數省去了指定回調函數類實例,且回調函數類和回調函數參數成為了兩個模板類型。另一個變化是,fire()函數中通過定義靜態變量的方式實例化回調函數類。

  1. template <typename T_CALLBACK, typename T_CALLBACK_ARG> 
  2.     class timer_callback_t 
  3.     virtual void handle (timer_t <T_CALLBACK, T_CALLBACK_ARG> &_timer, 
  4.         T_CALLBACK_ARG _arg) = 0; 
  5. }; 
  6.  
  7. template <typename T_CALLBACK, typename T_CALLBACK_ARG> 
  8.     class timer_t 
  9. public: 
  10.     timer_t (msecond_t _duration, T_CALLBACK_ARG _callback_arg); 
  11.  
  12. private: 
  13.     void fire () 
  14.     { 
  15.         static T_CALLBACK callback; 
  16.         callback.handle (*this, callback_arg_); 
  17.     } 
  18.  
  19.     T_CALLBACK_ARG callback_arg_; 
  20. }; 

圖3

圖4示例說明了新實現下如何使用一個定時器。很顯然,我們通過模板將一些潛在問題通過內部化的方式給規避了。

  1. class connect_timeout_callback_t: 
  2.     public timer_callback_t <connect_timeout_callback_t, void *> 
  3.     void handle (timer_t <connect_timeout_callback_t, void *> &_timer, void *_arg) 
  4.     { 
  5.         // do something here 
  6.     } 
  7. }; 
  8.  
  9. void foo () 
  10.     timer_t <connect_timeout_callback_t, void *> *p_timer = 
  11.         new timer_t < connect_timeout_callback_t, void *> (100, 0); 

圖4

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