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  • 读书笔记_Effective_C++_条款四十四:将与参数无关的代码抽离template

    标题上说“将与参数无关的代码抽离template”,这里的参数既可以指类型,也可以是非类型,我们先来看看非类型的情况。

    假定我们要为矩阵写一个类,这个矩阵的行列元素个数相等,是一个方阵,因而我们可以对之求逆运算。因为方阵的元素可以有多种类型,同时方阵的维数(方阵大小)也可以不同,像下面这样,我们使用了模板:

     1 template <class T, size_t n>
     2 class SquareMatrix
     3 {
     4 public:
     5     void Invert();
     6 };
     7 
     8 int main()
     9 {
    10     SquareMatrix<int, 10> a;
    11     SquareMatrix<int, 5> b;
    12 }

    模板既可以指定类型,也可以指定其他参量,比如这里的size_t,用来表示方阵的维数。程序看起来是没有问题的,编译也是通过的,但从代码优化上看,还是有空间可以做的。a和b虽然都是元素为int型的方阵,但因为方阵维数不同,因而生成了两个Invert函数,这两个Invert函数的代码只是在循环个数上不同(取觉于方阵维数n),但算法思想完全是一样的。

    为了防止编译器生成冗余的代码,我们可以将Invert抽离这里,变成一个以n为参数的函数,像下面这样:

     1 class SquareMatrixBase
     2 {
     3 public:
     4     SquareMatrixBase(T* p) : DataPointer(p){}
     5     void Invert(size_t n){}
     6 private:
     7     T* DataPointer;
     8 };
     9 
    10 
    11 template <class T, size_t n>
    12 class SquareMatrix: private SquareMatrixBase<T>
    13 {
    14 public:
    15     SquareMatrix() : SquareMatrixBase(Data)
    16     {}
    17     void Invert()
    18     {
    19         SquareMatrixBase::Invert(n);
    20     }
    21 private:
    22     T Data[n * n];
    23 };

    这里我们定义了一个BaseSquareMatrix类,这个类可以视为一个工具类,因为SquareMatrix是private继承于它的,我们把算法一致、只与维数n相关的算法函数都放在BaseSquareMatrix中,且将n作为它的Invert()函数的形参,为了使BaseSquareMatrix可以访问数据,从而求逆运算,我们声明了它的成员指针,这个指针将会在构造时指向子类的数据存储空间。

    子类SquareMatrix没有大变化,只是在Invert的时候,用了一句代码就搞定了——调用父类的Invert函数,并把维数n传过去。

    这样在main函数中,针对类型都是int,但矩阵维数不同的情况,Invert中生成的冗余代码非常少(只有一句话),父类也因为模板参数与维数无法,所以也只生成一份。从这个角度来看,将与参数无关的代码抽离template起到了减少代码冗余度的优化作用。

    目前只是说将与类型无关的代码进行抽离(造一个父类,把算法相同的部分提取出来,放到父类),对于不同类型,其实也可以通过void*来实。比如STL,要想令我们使用list<int*>,list<const int*>生成的代码冗余度保持很低,这就需要在相应的函数里面,将之链到父类的一个公共实现版本里面,这个版本的形参是void*。

    最后总结一下:

    1. Template生成多个classes与多个函数,所以任何template代码都不该与某个造成膨胀的template参数产生相依关系。

    2. 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者class成员变量替换template参数。

    3. 因类型而造成的代码膨胀,也可以降低,做法是让带有完全相同二进制表述的具现类型共享实现码。

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