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C++/CLR泛型与C++模板之间的对比

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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。

作者:陶刚编译 来源:天极开发 2007年11月16日

关键字: C++ 泛型 模版 对比

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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1中看到带有非类型参数的固定大小的堆栈。

  代码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;
 // ...
}

  你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),就无法提供重载的处理程序的。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;
 // ...
}
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