C++/CLR泛型与C++模板的对比


　Visual Studio 2005把泛型编程的类型参数模型引入了微软.NET框架组件。C++/CLI支持两种类型参数机制--通用语言运行时（CLR）泛型和C++模板。本文将介绍两者之间的一些区别--特别是参数列表和类型约束模型之间的区别。 

　　参数列表又回来了

　　 参数列表与函数的信号（signature）类似：它标明了参数的数量和每个参数的类型，并把给每个参数关联一个唯一的标识符，这样在模板定义的内部，每个参数就可以被唯一地引用。

　　 参数在模板或泛型的定义中起占位符（placeholder）的作用。用户通过提供绑定到参数的实际值来建立对象实例。参数化类型的实例化并非简单的文本替代（宏扩展机制就是使用文本替代的）。相反地，它把实际的用户值绑定到定义中的相关的形式参数上。

　　 在泛型中，每个参数都表现为Object类型或衍生自Object的类型。在本文后面你可以看到，这约束了你可能执行的操作类型或通过类型参数声明的对象。你可以通过提供更加明确的约束来调整这些约束关系。这些明确的约束引用那些衍生出实际类型参数的基类或接口集合。
模板除了支持类型参数之外，还支持表达式和模板参数。此外，模板还支持默认的参数值。这些都是按照位置而不是名称来分解的。在两种机制之下，类型参数都是与类或类型名称关键字一起引入的。

　　参数列表的额外的模板功能

　　 模板作为类型参数的补充，允许两种类型的参数：非类型（non-type）参数和模板参数。我们将分别简短地介绍一下。

　　 非类型参数受常数表达式的约束。我们应该立即想到它是数值型或字符串常量。例如，如果选择提供固定大小的堆栈，你就可能同时指定一个非类型的大小参数和元素类型参数，这样就可以同时按照元素类别和大小来划分堆栈实例的类别。例如，你可以在代码片断1中看到带有非类型参数的固定大小的堆栈。

　　 代码片断1：带有非类型固定大小的堆栈

template ＜class elemType, int size＞
public ref class tStack
{
　 array＜elemType＞ ^m_stack;
　 int top;

　 public:
　　 tStack() : top( 0 ) 
　　 { 
　　　 m_stack = gcnew array＜elemType＞( size );
　　 }
};
　　 此外，如果模板类设计者可以为每个参数指定默认值，使用起来就可能方便多了。例如，把缓冲区的默认大小设置为1KB就是很好的。在模板机制下，可以给参数提供默认值，如下所示：

// 带有默认值的模板声明
template ＜class elemType, int size = 1024＞
public ref class FixedSizeStack {};
　　 用户可以通过提供明确的第二个值来重载默认大小值：

// 最多128个字符串实例的堆栈
FixedSizeState＜String^, 128＞ ^tbs = gcnew FixedSizeStack＜String^, 128＞;
　　 否则，由于没有提供第二个参数，它使用了相关的默认值，如下所示：

// 最多1024个字符串实例的堆栈
FixedSizeStack＜String^＞ ^tbs = gcnew FixedSizeStack＜String^＞;
　　 使用默认的参数值是标准模板库（STL）的一个基本的设计特征。例如，下面的声明就来自ISO-C++标准：

// ISO-C++名字空间std中的默认类型参数值示例 
{
　 template ＜class T, class Container = deque＜T＞ ＞ 
　 class queue;

　 template ＜class T, class Allocator = allocator＜T＞ ＞ 
　 class vector;
　 // ...
}
　　 也可以提供默认的元素类型，如下所示：

// 带有默认的元素类型的模板声明 
template ＜class elemType=String^, int size=1024＞
public ref class tStack {};
　　 从设计的角度来说很难证明它的正确性，因为一般来说容器不会集中在在单个默认类型上。

　　 指针也可以作为非类型参数，因为对象或函数的地址在编译时就已知了，因此是一个常量表达式。例如，你可能希望为堆栈类提供第三个参数，这个参数指明遇到特定条件的时候使用的回调处理程序。明智地使用typedef可以大幅度简化那些表面上看起来很复杂的声明，如下所示：

typedef void (*handler)( ... array＜Object^＞^ );
template ＜class elemType, int size, handler cback ＞
public ref class tStack {};
　　 当然，你可以为处理程序提供默认值--在这个例子中，是一个已有的方法的地址。例如，下面的缓冲区声明就提供了大小和处理程序：

void defaultHandler( ... array＜Object^＞^ ){ ... }

template ＜ class elemType, 
int size = 1024, 
handler cback = &defaultHandler ＞
public ref class tStack {};
　　 由于默认值的位置次序优先于命名次序，因此如果不提供明确的大小值（即使这个大小与默认值是重复的），也就无法提供重载处理程序。下面就是可能用到的修改堆栈的方法：

void demonstration() 
{
　 // 默认的大小和处理程序
　 tStack＜String^＞ ^ts1 = nullptr; 
　 // 默认的处理程序
　 tStack＜String^, 128＞ ^ts2 = gcnew tStack＜String^, 128＞;
　 // 重载所有的三个参数
　 tStack＜String^, 512, &yourHandler＞ ^ts3;
}
　　 模板支持的第二种额外的参数就是template模板参数--也就是这个模板参数本身表现为一个模板。例如：

// template模板参数
template ＜template ＜class T＞ class arena, class arenaType＞
class Editor { 
　 arena＜arenaType＞ m_arena; 
　 // ...
};
　　 Editor模板类列出了两个模板参数arena和arenaType。ArenaType是一个模板类型参数；你可以传递整型、字符串型、自定义类型等等。Arena是一个template模板参数。带有单个模板类型参数的任何模板类都可以绑定到arena。m_arena是一个绑定到arenaType模板类型参数的模板类实例。例如：

// 模板缓冲区类
template ＜class elemType＞
public ref class tBuffer {};

void f()
{
　 Editor＜tBuffer,String^＞ ^textEditor;
　 Editor＜tBuffer,char＞ ^blitEditor;
　 // ...
}
　类型参数约束

　　 如果你把参数化类型简单地作为存储和检索元素的容器，那么你可以略过这一部分了。当你需要调用某个类型参数（例如在比较两个对象，查看它们相等或者其中一个小于另一个的时候，或者通过类型参数调用方法名称或嵌套类型的时候）上的操作的时候，才会考虑约束的问题。例如：

template ＜class T＞
ref class Demonstration {
　 int method() {
　　 typename T::A *aObj; 
　　 // ...
　 }
};
　　 这段代码成功地声明了aObj，它同时还约束了能够成功地绑定到你的类模板的类型参数。例如，如果你编写下面的代码，aObj的声明就是非法的（在这种特定的情况下），编译器会报错误信息： 

int demoMethod()
{
　 Demonstration＜int＞ ^demi = 
　 gcnew Demonstration＜int＞( 1024 );
　 return dm-＞method();
}
　　 当然，其特定的约束是，这个类型参数必须包含一个叫做A的类型的嵌套声明。如果它的名字叫做B、C或Z都没有关系。更普通的约束是类型参数必须表示一个类，否则就不允许使用T::范围操作符。我使用int类型参数同时违反了这两条约束。例如，Visual C++编译器会生成下面的错误信息：

error C2825: ’T’: must be a class or namespace when followed by ’::’
　　 C++模板机制受到的一条批评意见是：缺乏用于描述这种类型约束的形式语法（请注意，在参数化类型的原始设计图纸中，Bjarne Stroustrup论述了曾经考虑过提供显式约束语法，但是他对这种语法不太满意，并选择了在那个时候不提供这种机制）。也就是说，在一般情况下，用户在阅读源代码或相关的文档，或者编译自己的代码并阅读随后的编译器错误消息的时候，才能意识到模板有隐含约束。
如果你必须提供一个与模板不匹配的类型参数该怎么办呢？一方面，我们能做的事情很少。你编写的任何类都有一定的假设，这些假设表现为某些使用方面的约束。很难设计出适合每种情况的类；设计出适合每种情况和每种可能的类型参数的模板类更加困难。 
另一方面，存在大量的模板特性为用户提供了"迂回"空间。例如，类模板成员函数不会绑定到类型参数，直到在代码中使用该函数为止（这个时候才绑定）。因此，如果你使用模板类的时候，没有使用那些使类型参数失效的方法，就不会遇到问题。

　　 如果这样也不可行，那么还可以提供该方法的一个专门的版本，让它与你的类型参数关联。在这种情况下，你需要提供Demonstration＜int＞::方法的一个专用的实例，或者，更为普遍的情况是，在提供整数类型参数的时候，提供整个模板类的专门的实现方式。 

　　 一般来说，当你提到参数化类型可以支持多种类型的时候，你一般谈到的是参数化的被动使用--也就是说，主要是类型的存储和检索，而不是积极地操作处理它。

　　 作为模板的设计人员，你必须知道自己的实现对类型参数的隐含约束条件，并且努力去确保这些条件不是多余的。例如，要求类型参数提供等于和小于操作是合理的；但是要求它支持小于或等于或XOR位运算符就不太合理了。你

补充：软件开发 , C++ ,