学完Efficient c++ (44-45)

条款 44：将与参数无关的代码抽离模板

模板可以节省时间和避免代码重复，编译器会为填入的每个不同模板参数具现化出一份对应的代码，但长此以外，可能会造成代码膨胀（code bloat），生成浮夸的二进制目标码。

基于共性和变性分析（commonality and variability analysis） 的方法，我们需要分析模板中重复使用的部分，将其抽离出模板，以减轻模板具现化带来的代码量。

• 因非类型模板参数而造成的代码膨胀，往往可以消除，做法是以函数参数或类成员变量替换模板参数。
• 因类型模板参数而造成的代码膨胀，往往可以降低，做法是让带有完全相同二进制表述的具现类型共享实现代码。

参考以下矩阵类的例子：

template<typename T, std::size_t n>
class SquareMatrix {
public:void Invert();...
private:std::array<T, n * n> data;
};

修改为：

template<typename T>
class SquareMatrixBase {
protected:void Invert(std::size_t matrixSize);...
private:std::array<T, n * n> data;
};template<typename T, std::size_t n>
class SquareMatrix : private SquareMatrixBase<T> {  // private 继承实现，见条款 39using SquareMatrixBase<T>::Invert;              // 避免掩盖基类函数，见条款 33public:void Invert() { this->Invert(n); }              // 调用模板基类函数，见条款 43...
};

Invert并不是我们唯一要使用的矩阵操作函数，而且每次都往基类传递矩阵尺寸显得太过繁琐，我们可以考虑将数据放在派生类中，在基类中储存指针和矩阵尺寸。修改代码如下：

template<typename T>
class SquareMatrixBase {
protected:SquareMatrixBase(std::size_t n, T* pMem): size(n), pData(pMem) {}void SetDataPtr(T* ptr) { pData = ptr; }...
private:std::size_t size;T* pData;
};template<typename T, std::size_t n>
class SquareMatrix : private SquareMatrixBase<T> {
public:SquareMatrix() : SquareMatrixBase<T>(n, data.data()) {}...
private:std::array<T, n * n> data;
};

然而这种做法并非永远能取得优势，硬是绑着矩阵尺寸的那个版本，有可能生成比共享版本更佳的代码。例如在尺寸专属版中，尺寸是个编译期常量，因此可以在编译期藉由常量的广传达到最优化；而在共享版本中，不同大小的矩阵只拥有单一版本的函数，可减少可执行文件大小，也就因此降低程序的 working set（在“虚内存环境”下执行的进程所使用的一组内存页），并强化指令高速缓存区内的引用集中化（locality of reference），这些都可能使程序执行得更快速。究竟哪个版本更佳，只能经由具体的测试后决定。

同样地，上面的代码也使用到了牺牲封装性的protected，可能会导致资源管理上的混乱和复杂，考虑到这些，也许一点点模板代码的重复并非不可接受。

条款 45：运用成员函数模板接受所有兼容类型

C++ 视模板类的不同具现体为完全不同的的类型（如果用带有base-derived关系的B、D分别具现化同一个template，产生出来的两个具现体并不带有base-derived关系），但在泛型编程中，我们可能需要一个模板类的不同具现体能够相互类型转换。

考虑设计一个智能指针类，而智能指针需要支持不同类型指针之间的隐式转换（如果可以的话），以及普通指针到智能指针的显式转换。很显然，我们需要的是模板拷贝构造函数（成员函数模板）：

template<typename T>
class SmartPtr {
public:template<typename U>SmartPtr(const SmartPtr<U>& other): heldPtr(other.get()) { ... }template<typename U>explicit SmartPtr(U* p): heldPtr(p) { ... }T* get() const { return heldPtr; }...
private:T* heldPtr;
};

使用get获取原始指针，并将在原始指针之间进行类型转换本身提供了一种保障，如果原始指针之间不能隐式转换，那么其对应的智能指针之间的隐式转换会造成编译错误。

智能指针中的shared_ptr支持所有“兼容的内置指针、shared_ptr、auto_ptr和weak_ptr”的构造方法；以及上述除weak_ptr外的其它的赋值操作。（auto_ptr未被声明为const，是因为当你复制一个auto_ptr时，它其实被改动了）

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

模板构造函数并不会阻止编译器暗自生成默认的构造函数，所以如果你想要控制拷贝构造的方方面面，你必须同时声明泛化拷贝构造函数和普通拷贝构造函数，相同规则也适用于赋值运算符：

template<typename T>
class shared_ptr {
public:shared_ptr(shared_ptr const& r);                // 拷贝构造函数template<typename Y>shared_ptr(shared_ptr<Y> const& r);             // 泛化拷贝构造函数shared_ptr& operator=(shared_ptr const& r);     // 拷贝赋值运算符template<typename Y>shared_ptr& operator=(shared_ptr<Y> const& r);  // 泛化拷贝赋值运算符...
};