C++对象模型——Template中的名称决议方式 (第七章)

Template中的名称决议方式 (Name Resolution within a Template)

必须能够区分以下两种意义,一种是C++ Standard所谓的"sope of the template",也就是"定义出template"的程序.另一种是C++ Standard所谓的"scope of the template instantiation",也就是"具现出template"的程序.

第一种情况如下所示:

// scope of the template definition
extern double foo(double);
template <class type>
class ScopeRules {
public:
    void invariant() {
        _member = foo(_val);
    }
    type type_dependent() {
        return foo(_member);
    }
    // ...
private:
    int _val;
    type _member;
};

第二种情况如下所示:

// scope of the template instantiation
extern int foo(int);
// ...
ScopeRules<int> sr0;

在ScopeRules template 中有两个foo()调用操作.在"scope of template definition"中,只有一个foo()函数声明位于scope内.然而在"scope of template instantiation"中,两个foo()函数声明都位于scope内,如果有一个函数调用操作:

// scope of the template instantiation
sr0.invariant();

那么在invariant()中调用的究竟是哪一个foo()函数实体呢?

// 调用的哪一个foo()函数实体
_member = foo(_val);

在调用操作的那一点,程序中的两个函数实体是:

// scope of the template declaration
extern double foo(double);
// scope of the template instantiation
extern int foo(int);

而_val的类型是 int,那么选中的是哪一个呢?

结果选中的是直觉以外的那一个:

// scope of the template declaration 
extern double foo(double);

Template中对于一个nonmember name的决议结果是根据这个name的使用是否与"用以具现出该template的参数类型"有关而决定的.如果其使用不相关,那么就以"scope of the template declaration"来决定name.如果其使用互有关联,那么就以"scope of the template instantiation"来决定name.在第一个例子中,foo()与用以具现ScopeRules的参数类型无关:

// the resolution of foo() is not dependent on the template argument
_member = foo(_val);

这是因为_val的类型是int;_val是一个"类型不会变动"的 template class member.也就是说,被用来具现出这个 template 的真正类型,对于_val的类型并没有影响.此外,函数的决议结果只和函数的原型有关,和函数的返回值没有关联.因此,_member的类型并不会影响哪一个foo()实体被选中.foo()的调用与 template 参数毫无关联.所以调用操作必须根据"scope
of the template declaration"来决议.在此scope中,只有一个foo()候选者.

下面是与类型相关的用法:

sr0.type_dependent();

这个函数的内容如下:

return foo(_member);

它究竟会调用哪一个foo()呢?

这个例子很清楚与 template 参数有关,因为该参数来决定_member的真正类型.所以这一次foo()必须在"scope of the template instantiation"中决议.

这意味着一个编译器必须保持两个scope contexts:

1."scope of the template declaration",用以专注于一般的 template class.

2."scope of the template instantiation",用以专注于特定的实体.

编译器的决议算法必须决定哪一个才是适当的scope,然后在其中搜寻适当的name.

Member Function的具现行为 (Member Function Instantiation)

对于 template 的支持,最困难的是 template function的具现.目前的编译器提供两个策略:一个是编译时期策略,程序代码必须在program text file中备妥可用;另一个是链接时期策略,有一些meta-complication工具可以导引编译器的具现行为.

下面是编译器设计者必须回答的三个主要问题:

1.编译器如何找出函数的定义?

2.编译器如何能够只具现出用到的member functions?

3.编译器如何阻止member definition在多个.o文件中都被具现呢?

问题1:方法一是包含 template program text file,就好像它是个header文件一样.方法二是要求一个文件命名规则,例如可以要求在Point.h中发现的函数声明,其 template program text一定要放置于文件Point.c或Point.cpp中.

问题2:方法1就是忽略这个要求,把一个已经具现出的 class 的所有member functions都产生出来.方法二是仿真链接操作,检测看哪一个函数真正需要,然后只为它产生实体.

问题3:方法1就是产生多个实体,然后从链接器中提供支持,只留下其中一个实体,其余忽略.方法二是由使用者来导引"仿真链接阶段"的具现策略,决定哪些实体才是所需要的.