C++ 接口

大家好.由于七七八八的原因给耽搁了,好久好久没更新BLOG了.

现在继续更新我的阅读C++沉思录的笔记.

本篇博文是我阅读沉思录第16章的笔记.在这篇博文中,主要讲了C++中接口的技术.

问题的提出:

　　总所周知,JAVA和C#都有很简单的接口机制.其实现是通过了关键字interface来实现,也即类似下列代码

public interface Test {
    public String getStr();
}

　　这个方式是声明了一个接口类.然后由代码实现这个接口.

       不过本文说的接口和此接口不相同.JAVA的这种接口可以由C++的纯虚函数来实现.本文说的是基于模板的接口函数的技术.

       一个简单的问题:

               对一个数组进行求和.返回结果.

       自然而然,我们会编写一个函数叫sum.由于我们已经知道数组长度,数组类型,我们写出的代码很可能就是这个样子.

#include <iostream>
using namespace std;

//sum v1
int sum(int *array,int num)
{
   int result = 0;
   for(int i = 0; i != num;++i)
    result += array[i];
   return result;
}

int main()
{
   int *d = new int[10];
   for(int i = 0;i!=10;++i)
    d[i] = i + 1;
   cout << sum(d,10) << endl;
}

　　这个函数没有任何错误,工作的也很好.不过,要是这时候要求对一个double型的数组累加呢?不可能再写一遍一模一样只是类型不同的函数吧?

　　显然我们要做的就是进行模板化.利用模板来实现累加任何类型.

　　不过在此之前,还有一个问题,这里限定了其存储方式必须是数组.而实际上,我们的sum的要求仅仅只有两个.

　　1.可以进行遍历,获取值

　　2.知道何时结束.

　　而迭代器(Iterator)完全就可以符合这两样的要求.(Iterator之前没讲,我会尽快补上)

       这个迭代器的要就是访问下一个,判断何时结束.因此,我们的第二个版本sum,也就是比较通用的版本就出来了.

　

#include <iostream>

using namespace std;

template<class T>
class Iterator {
public:
    Iterator(T*,int);
    bool validate()const;
    T next();
private:
    T *data;
    int len;
};

template<class T>
Iterator<T>::Iterator(T *d,int l)
    :data(d),len(l)
{

}

template<class T>
bool Iterator<T>::validate() const
{
    return len > 0;
}

template<class T>
T Iterator<T>::next()
{
    --len;
    return *data++;
}

template<class T>
T sum(Iterator<T> ite)
{
    T t = 0;
    while(ite.validate())
        t += ite.next();
    return t;
}

int main()
{
    int *d = new int[10];
    for(int i = 0;i!=10;++i)
        d[i] = i;
    cout << sum(Iterator<int>(d,10)) << endl;
    return 0;
}

 　　不过问题又来了,我们的Iterator其实就是一个数组指针的变形.如果要为此再提供链表迭代器,那我们目前的就不符合了.因此,我们利用继承的技术,对迭代器进行了抽象.

　　通过将Iterator设为纯虚函数,然后继承实现对于数组和链表的迭代器.代码如下(只有数组,链表的同理可以实现)

#include <iostream>

using namespace std;

template<class T>
class Iterator
{
public:
    virtual bool validate()const = 0;
    virtual T next() = 0;
};

template<class T>
class Array_Iterator : public Iterator<T>
{
public:
    Array_Iterator(T *d,int);
    bool validate() const;
    T next();
private:
    T *data;
    int len;
};

template<class T>
Array_Iterator<T>::Array_Iterator(T *d,int l)
    :data(d),len(l)
{}

template<class T>
bool Array_Iterator<T>::validate()const{
    return len > 0;    
}

template<class T>
T Array_Iterator<T>::next()
{
    --len;
    return *data++;
}

template<class T>
T sum(Iterator<T> &it)
{
    T result = 0;
    while(it.validate())
        result += it.next();
    return result;
}

int main()
{
    int *d = new int[10];
    for(int i = 0;i!=10;++i)
        d[i] = i;
    Array_Iterator<int> ai(d,10);
    cout << sum(ai) << endl;
    delete d;
    return 0;
}

　　恩.看起来我们的迭代器和sum函数已经很通用了.也许我们到达这一步就可以了.

　　不过有一个很现实的问题摆在所有C++程序员的面前.这东西效率怎么样??

　　我想大家应该都知道,C++的虚函数使用其实是需要很大的代价的.无论从空间效率上来看也好,从时间效率上来看也好,虚函数动态绑定都是一个很昂贵的操作.实际上,STL里面的iterator也没有采用继承的方式.(至于成什么样,之后的文章会详细述说)因此,我们不采用这种方式.
　　我们采用的方式是

template<class T,class Ite>
void sum2(T& result,Ite ir)
{
    result  = 0;
    while(ir.valid())
        result += ir.next();
}

　　在我们的模板中,有两个模板参数,一个是返回的值,一个是我们迭代器的类型.

       只要对我们的main函数进行小小的修改,就可以运行了.

　　为了验证我们设计的好处,这里,我们设计一个从istream里面获取值进行累加的例子.sum2仍然不变,我们仅仅通过改变Ite即可实现此功能.

#include <iostream>

using namespace std;

template<class T>
class Reader{
public:
    Reader(istream &is): i(is) {advance();}
    int valid() const {return status;}
    T next()
    {
        T result = data;
        advance();
        return result;
    }
public:
    istream& i;
    bool status;
    T data;
    void advance()
    {
        i >> data;
        status = i != 0;
    }    
};

template<class T,class Ite>
void sum2(T& result,Ite ir)
{
    result  = 0;
    while(ir.valid())
        result += ir.next();
}

int main()
{
    cout << "Enter Number:" << endl;
    double r = 0;
    sum2(r,Reader<double>(cin));
    cout << r << endl;
    return 0;
}

　　显然,我们不用对原来的代码做大的修改,甚至完全不用修改sum2的代码,只要Ite这个模板参数能进行valid和next操作,我们的函数就能正确的运行.而这正是sum2这个接口的要求.

总结:

　　本文章介绍了如用利用模板的参数来实现接口,减少各个模块之间的耦合度,提高代码的重用性,减少了代码的冗余.我们可以看到,通过利用模板的技术,我们可以写出一个很简洁但是很通用的一个功能出来.