Не специализируйте шаблоны функций

 

 

Резюме

 

При расширении некоторого шаблона функции (включая std::swap) избегайте попыток специализации шаблона. Вместо этого используйте перегрузку шаблона функции, которую следует поместить в пространство имен типа(ов), для которых разработана данная перегрузка (см. рекомендацию 57). При написании собственного шаблона функции также избегайте его специализации.

 

Обсуждение

 

Шаблоны функций вполне можно перегружать. Разрешение перегрузки рассматривает все первичные шаблоны и работает именно так, как вы и ожидаете, исходя из вашего опыта работы с перегрузкой обычных функций С++: просматриваются все видимые шаблоны и выбирается шаблон с наилучшим соответствием.

К сожалению, в случае специализации шаблона функции все оказывается несколько сложнее по двум основным причинам.

• Специализировать шаблоны функций можно только полностью, но не частично. Код, который выглядит как частичная специализация, на самом деле представляет собой перегрузку.

• Специализации шаблона функции никогда не участвуют в перегрузке. Таким образом, любая написанная вами специализация никак не повлияет на результат разрешения перегрузки и выбор используемого шаблона. Это противоречит интуитивно ожидаемому поведению разрешения перегрузки. Но, в конце концов, если вы напишете нешаблонную функцию с идентичной сигнатурой вместо специализации шаблона функции, то при разрешении перегрузки будет выбрана именно нешаблонная функция, как имеющая преимущество перед шаблоном.

Если вы пишете шаблон функции, то лучше писать его как единый шаблон, который никогда не будет специализирован или перегружен, и реализовывать шаблон функции через шаблон класса. Это и есть тот пресловутый дополнительный уровень косвенности, который позволяет обойти ограничения и миновать "темные углы" шаблонов функций. В этом случае программист, использующий ваш шаблон, сможет частично специализировать шаблон класса. Тем самым решается как проблема по поводу того, что шаблон функции не может быть частично специализирован, так и по поводу того, что специализации шаблона функции не участвуют в перегрузке.

Если вы работаете с каким-то иным старым шаблоном функции, в котором не использована описанная методика (т.е. с шаблоном функции, не реализованном посредством шаблона класса), и хотите написать собственную версию для частного случая, которая должна принимать участие в перегрузке, — делайте ее не специализацией, а обычной нешаблонной функцией (см. также рекомендации 57 и 58).

Примеры

Пример. std::swap . Базовый шаблон swap обменивает два значения а и b путем создания копии temp значения а, и присваиваний a = b и b = temp. Каким образом расширить данный шаблон для ваших собственных типов? Пусть, например, у вас есть ваш собственный тип Widget в вашем пространстве имен N:

namespace N {

class Widget {/*...*/};

}

Предположим, что имеется более эффективный путь обмена двух объектов Widget. Что вы должны сделать для того, чтобы он использовался стандартной библиотекой, — перегрузить swap (в том же пространстве имен, где находится Widget; см. рекомендацию 57) или непосредственно специализировать std::swap? Стандарт в данном случае невразумителен, и на практике используются разные методы (см. рекомендацию 65). Сегодня ряд реализаций корректно решают этот вопрос, предоставляя перегруженную функцию в том же пространстве имен, где находится Widget. Для представленного выше нешаблонного класса Widget это выглядит следующим образом:

namespace N {

void swap(Widget&, Widget&);

}

Заметим, что если Widget является шаблоном

namespace N {

template<typename T> class Widget { /* ... */ };

}

то специализация std::swap попросту невозможна, так как частичной специализации шаблона функции не существует. Лучшее, что вы можете сделать, — это добавить перегрузку функции

namespace ??? {

template<typename T> void swap(Widget<T>&, Widget<T>&);

}

Это проблематичное решение, поскольку если вы помещаете эту функцию в пространство имен, в котором находится Widget, то многие реализации просто не в состоянии найти ее, но при этом стандарт запрещает располагать данную функцию в пространстве имен std. Эта проблема никогда бы не возникла, если бы стандарт либо указывал, что перегрузки надо искать и в пространстве имен типа шаблона, либо позволял помещать перегружаемые функции в пространство имен std, или (возвращаясь к основному вопросу данной рекомендации) прямо указывал, что swap должна реализовываться с использованием шаблона класса, который может быть частично специализирован.

 

Ссылки

 

[Austern99] §A.1.4 • [Sutter04] §7 • [Vandevoorde03] §12

 

Пишите максимально обобщенный код

 

 

Резюме

 

Используйте для реализации функциональности наиболее обобщенные и абстрактные средства.

 

Обсуждение

 

Когда вы пишете тот или иной код, используйте наиболее абстрактные средства, позволяющие решить поставленную задачу. Всегда думайте над тем, какие операции накладывают меньшее количество требований к интерфейсам, с которыми они работают. Такая привычка сделает ваш код более обобщенным, а следовательно, в большей степени повторно используемым и более приспособленным ко внесению изменений в его окружение.

И напротив, код, неоправданно привязанный к деталям, оказывается чрезмерно "жестким" и неспособным к повторному использованию.

• Используйте для сравнения итераторов != вместо < . Оператор != более общий и применим к большему классу объектов; оператор < требует упорядочения и может быть реализован только итераторами произвольного доступа. При использовании оператора != ваш код проще переносится для работы с другими типами итераторов, такими как одно- и двунаправленные итераторы.

• Лучше использовать итераторы, а не индексы. Многие контейнеры не поддерживают индексный доступ; например, контейнер list не в состоянии эффективно реализовать его. Однако все контейнеры поддерживают итераторы. Таким образом, итераторы обеспечивают большую обобщенность кода, и при необходимости они могут использоваться совместно с индексным доступом.

• Используйте empty() вместо size() ==0 . "Пуст/не пуст" — более примитивная концепция, чем "точный размер". Например, вы можете не знать размер потока, но всегда можете сказать о том, пуст он или нет; то же самое справедливо и для входных итераторов. Некоторые контейнеры, такие как list, реализуют empty более эффективно, чем size.

• Используйте наивысший класс иерархии, предоставляющий необходимую вам функциональность. При программировании с использованием динамических полиморфных классов не следует делать код зависимым от ненужных вам деталей и привязываться к определенным производным классам.

• Будьте корректны при использовании const (см. рекомендацию 15). Передача параметров const& накладывает меньше ограничений на вызывающий код, поскольку const& охватывает как константные, так и неконстантные объекты.

 

Исключения

 

В некоторых случаях применение индексов вместо итераторов позволяет компилятору лучше оптимизировать код. Однако перед тем как решиться на такой шаг, убедитесь, что вы действительно в нем нуждаетесь и что ваш компилятор действительно при этом лучше оптимизирует ваш код (см. рекомендацию 8).

 

Ссылки

 

[Koenig97] §12.7, §17-18 • [Meyers01] §4 • [Stroustrup00] §13, §17.1.1 • [Sutter04] §1, §5, §34