条款28：灵巧（smart）指针(下）

  译者注：由于我无法在文档区贴上图片（在论坛询问，结果无人回答），所以只能附上此译文的word文档。.NET/FileBBS/files/2001_12/T_967_1.zip">下载

这种技术能给我们几乎所有想要的行为特性。假设我们用一个新类CasSingle来扩充MusicProduct类层次，用来表示cassette singles。修改后的类层次看起来象这样：XML:namespace prefix = o ns = "urn:schemas-microsoft-com:Office:office" />

ASPectratio="t" v:ext="edit">

现在考虑这段代码：

template  // 同上, 包括作为类型

class SmartPtr { ... };  // 转换操作符的成员模板

void displayAndPlay(const SmartPtr& pmp,

   int howMany);

void displayAndPlay(const SmartPtr& pc,

  int howMany);

SmartPtr dumbMusic(new CasSingle("Achy Breaky Heart"));

displayAndPlay(dumbMusic, 1);  // 错误!

在这个例子里，displayAndPlay被重载，一个函数带有SmartPtr 对象参数，其它函数的参数为SmartPtr，我们期望调用SmartPtr，因为CasSingle是直接从Cassette上继承下来的，而它仅仅是间接继承自MusicProduct。当然这是dumb指针的工作方法，我们的灵巧指针不会这么灵巧。它们把成员函数做为转换操作符来使用，就C++编译器而言，所有类型转换操作符都一样，没有好坏的分别。因此displayAndPlay的调用具有二义性，因为从SmartPtr 到SmartPtr的类型转换并不比到SmartPtr的类型转换好。

通过成员模板来实现灵巧指针的类型转换有还有两个缺点。第一，支持成员模板的编译器较少，所以这种技术不具有可移植性。以后情况会有所改观，但是没有人知道这会等到什么时候。第二，这种方法的工作原理不很明了，要理解它必须先要深入理解函数调用的参数匹配，隐式类型转换函数，模板函数隐式实例化和成员函数模板。有些程序员以前从来没有看到过这种技巧，而却被要求维护使用这种技巧的代码，我真是很可怜他们。这种技巧确实很巧妙，这自然是肯定，但是过于的巧妙可是一件危险的事情。

不要再拐弯抹角了，直接了当地说，我们想要知道的是在继承类向基类进行类型转换方面，我们如何能够让灵巧指针的行为与dumb指针一样呢？答案很简单：不可能。正如Daniel Edelson所说，灵巧指针固然灵巧，但不是指针。最好的方法是使用成员模板生成类型转换函数，在会产生二义性结果的地方使用casts（参见条款2）。这不是一个完美的方法，不过也很不错，在一些情况下去除二义性，所付出的代价与灵巧指针提供复杂的功能相比还是值得的。

灵巧指针和const

对于dumb指针来说，const既可以针对指针所指向的东西，也可以针对于指针本身，或者兼有两者的含义（参见Effective C++条款21）：

CD goodCD("Flood");

const CD *p;  // p 是一个non-const 指针

  //指向 const CD 对象

CD * const p = &goodCD;  // p 是一个const 指针

 // 指向non-const CD 对象;

  // 因为 p 是const, 它

  // 必须被初始化

const CD * const p = &goodCD;  // p 是一个const 指针

  // 指向一个 const CD 对象

我们自然想要让灵巧指针具有同样的灵活性。不幸的是只能在一个地方放置const，并只能对指针本身起作用，而不能针对于所指对象：

const SmartPtr p =  // p 是一个const 灵巧指针

  &goodCD;  // 指向 non-const CD 对象

好像有一个简单的补救方法，就是建立一个指向cosnt CD的灵巧指针：

SmartPtr p =  // p 是一个 non-const 灵巧指针

  &goodCD;  // 指向const CD 对象

现在我们可以建立const和non-const对象和指针的四种不同组合：

SmartPtr p;  // non-const 对象

  // non-const 指针

SmartPtr p;  // const 对象,

  // non-const 指针

const SmartPtr p = &goodCD;  // non-const 对象

  // const指针

const SmartPtr p = &goodCD;  // const 对象

  // const 指针

但是美中不足的是，使用dumb指针我们能够用non-const指针初始化const指针，我们也能用指向non-cosnt对象的指针初始化指向const对象的指针；就像进行赋值一样。例如：

CD *pCD = new CD("Famous Movie Themes");

const CD * pConstCD = pCD;  // 正确

但是如果我们试图把这种方法用在灵巧指针上，情况会怎么样呢？

SmartPtr pCD = new CD("Famous Movie Themes");

SmartPtr pConstCD = pCD;  // 正确么?

SmartPtr 与SmartPtr是完全不同的类型。在编译器看来，它们是毫不相关的，所以没有理由相信它们是赋值兼容的。到目前为止这是一个老问题了，把它们变成赋值兼容的惟一方法是你必须提供函数，用来把SmartPtr类型的对象转换成SmartPtr类型。如果你使用的编译器支持成员模板，就可以利用前面所说的技巧自动生成你需要的隐式类型转换操作。（我前面说过，只要对应的dumb指针能进行类型转换，灵巧指针也就能进行类型转换，我没有欺骗你们。包含const类型转换也没有问题。）如果你没有这样的编译器，你必须克服更大的困难。

包括const的类型转换是单向的：从non-const到const的转换是安全的，但是从const到non-const则不是安全的。而且用const指针能的事情，用non-const指针也能做，但是用non-const指针还能做其它一些事情（例如，赋值操作）。同样，用指向const的指针能做的任何事情，用指向non-const的指针也能做到，但是用指向non-const的指针能够完成一些使用指向const的指针所不能完成的事情（例如，赋值操作）。

这些规则看起来与public继承的规则相类似（Effective C++ 条款35）。你能够把一个派生类对象转换成基类对象，但是反之则不是这样，你对基类所做的任何事情对派生类也能做，但是还能对派生类做另外一些事情。我们能够利用这一点来实作灵巧指针，就是说可以让每个指向T的灵巧指针类public派生自一个对应的指向const-T的灵巧指针类：

template  // 指向const对象的

class SmartPtrToConst {  // 灵巧指针

  ...   // 灵巧指针通常的

  // 成员函数

protected:

  union {

  const T* constPointee;  // 让 SmartPtrToConst 访问

  T* pointee;  // 让 SmartPtr 访问

  };

};

template  // 指向non-const对象

class SmartPtr:  // 的灵巧指针

  public SmartPtrToConst {

  ...  // 没有数据成员

};

使用这种设计方法，指向non-const-T对象的灵巧指针包含一个指向const-T的dumb指针，指向const-T的灵巧指针需要包含一个指向cosnt-T的dumb指针。最方便的方法是把指向const-T的dumb指针放在基类里，把指向non-const-T的dumb指针放在派生类里，然而这样做有些浪费，因为SmartPtr对象包含两个dumb指针:一个是从SmartPtrToConst继承来的，一个是SmartPtr自己的。

一种在C世界里的老式武器可以解决这个问题，这就是union，它在C++中同样有用。Union在protected中，所以两个类都可以访问它，它包含两个必须的dumb指针类型，SmartPtrToConst对象使用constPointee指针，SmartPtr对象使用pointee指针。因此我们可以在不分配额外空间的情况下，使用两个不同的指针（参见Effective C++条款10中另外一个例子）这就是union美丽的地方。当然两个类的成员函数必须约束它们自己仅仅使用适合的指针。这是使用union所冒的风险。

利用这种新设计，我们能够获得所要的行为特性：

SmartPtr pCD = new CD("Famous Movie Themes");

SmartPtrToConst pConstCD = pCD;  // 正确

评价

有关灵巧指针的讨论该结束了，在我们离开这个话题之前，应该问这样一个问题：灵巧指针如此繁琐麻烦，是否值得使用，特别是如果你的编译器缺乏支持成员函数模板时。

经常是值得的。例如通过使用灵巧指针极大地简化了条款29中的引用计数代码。而且正如该例子所显示的，灵巧指针的使用在一些领域受到极大的限制，例如测试空值、转换到dumb指针、继承类向基类转换和对指向const的指针的支持。同时灵巧指针的实作、理解和维护需要大量的技巧。Debug使用灵巧指针的代码也比Debug使用dumb指针的代码困难。无论如何你也不可能设计出一种通用目的的灵巧指针，能够替代dumb指针。