Symbian编程总结-深入篇-瘦模板正解
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C++的模板对于那些可以被多种类型重用的代码是非常有用的，如：Symbian C++中的泛型集合RArray和RPointerArray就是使用的模板来实现的。但是，使用普通C++模板会带来代码尺寸大大增加的问题。本文将分为“C++模板基础”、“TBuf分析”、“瘦模板”三个部分，逐步深入讲解Symbian C++瘦模板的概念和使用方法。
一、C++模板基础
在这一部分中不会详细的介绍C++的模板，只会已不同的代码的形式介绍C++模板的几种不同的使用方法，在这里只会以类模板作为例子。如果大家想对C++模板进行更深一步的了解，请参阅《C++ Templates》一书。
1、类模板的声明
template <typename T> class TStudent { ... };
而在Symbian SDK中，我们看到的最常见的形式是：
template <class T> class TStudent { ... };
在上面的代码中，T通常成为“模板参数”。以上两种模板声明方式效果是一样的，template <class T>的声明形式会容易让人产生误解，在此不一定非要类类型才能作为模板参数，相比之下template <typename T>的形式更好一些。
2、类模板的特化
类似于函数重载，类模板提供了对模板参数的重载，实现了对不同类型的参数的不同处理，这一个过程就叫做类模板的特化。通过以下代码可以简单的说明这一点：
1 template <typename T> class TStudent 2 { 3 public: 4 void DoPrint() 5 { 6 console->Write(_L("T")); 7 } 8 }; 9 10 template <> class TStudent<TInt> 11 { 12 public: 13 void DoPrint() 14 { 15 console->Write(_L("TInt")); 16 } 17 }; 18 19 LOCAL_C void MainL() 20 { 21 TStudent<TUint> stu1; 22 stu1.DoPrint(); 23 24 console->Write(_L("\n")); 25 26 TStudent<TInt> stu2; 27 stu2.DoPrint(); 28 } 29
以上代码的作用：如果TStudent的模板参数为TInt型，则在屏幕上打印“TInt”，否则打印“T”。
输出结果：
3、非类型的类模板参数
假如我们有这样一个需求：由一个模板类TStudent，内部有一个模板数组T iValue[]，要求该数组大小有用户来定，且在编译器就已经确定，实现这个类。
如果没有“在编译器确定数组大小”这个需求，我们可以很简单的把这个类设计好：
1 template <typename T> class CStudent 2 { 3 private: 4 T* iValue; 5 TInt iSize; 6 7 public: 8 CStudent(TInt aSize) : 9 iValue(new T[aSize]), iSize(aSize) 10 { 11 } 12 13 ~CStudent() 14 { 15 delete []iValue; 16 iValue = NULL; 17 } 18 19 void DoPrint() 20 { 21 TInt size = sizeof(T) * iSize; 22 TBuf<10> buf; 23 buf.Num(size); 24 console->Write(buf); 25 } 26 }; 27 28 LOCAL_C void MainL() 29 { 30 CStudent<TInt>* stu = new CStudent<TInt>(10); 31 32 stu->DoPrint(); 33 34 delete stu; 35 stu = NULL; 36 } 37
但是，以上代码中CStudent类的成员变量iValue指向的数组大小是在运行期才确定的，这显然不能满足我们的需求。
再看以下代码：
1 template <typename T, TInt S> class TStudent 2 { 3 private: 4 T iValue[S]; 5 6 public: 7 void DoPrint() 8 { 9 TInt size = sizeof(iValue); 10 TBuf<10> buf; 11 buf.Num(size); 12 console->Write(buf); 13 } 14 }; 15 16 LOCAL_C void MainL() 17 { 18 TStudent<TInt, 10> stu; 19 stu.DoPrint(); 20 } 21
我们将模板参数类型替换成TInt，S就是非类型的类模板参数。从以上代码来分析，使用非类型的类模板参数的好处和限制：
- TStudent类中的成员变量iValue数组的长度在声明stu变量（第18行）时就已经确定，在编译期可以由用户确定iValue数组的大小；
- 模板可以具有值模板参数，而不仅仅是类型模板参数；
- 对于非类型模板参数，不能使用浮点数、class类型的对象作为实参。如：不能使用template <float T>，或template <TDesC T>。
二、TBuf分析
首先贴出SDK中TBuf的声明代码，为了篇幅整洁，省去了一些不相关的代码：
1 template <TInt S> 2 class TBuf : public TBufBase16 3 { 4 public: 5 inline TBuf(); 6 inline explicit TBuf(TInt aLength); 7 inline TBuf(const TText* aString); 8 inline TBuf(const TDesC& aDes); 9 inline TBuf<S>& operator=(const TText* aString); 10 inline TBuf<S>& operator=(const TDesC& aDes); 11 inline TBuf<S>& operator=(const TBuf<S>& aBuf); 12 private: 13 TText iBuf[__Align(S)]; 14 };
从以上声明我们可以看出以下几点：
- 从第一行可以看出，TBuf类模板只有一个模板参数，此参数的类型为“非类型的模板参数”；
- 第13行，__Align为一个宏，相关代码：
#define __Align(s) ((((s)+__Size-1)/__Size)*__Size) #define __Size (sizeof(TUint)/sizeof(TUint16))
运算步骤：
sizeof(TUint) = 4;
sizeof(TUint16) = 2;
__Size = 2;
如果s = 10;
11 / 2 = 5, 5 * 2 = 10
__Align(s) = (10 + 2 - 1) / 2 * 2 = 10;
如果我们定义TBuf<10>，对象内部会转变为
TText iBuf[10]; - 因为存在第10行的运算符“=”号重载方式，所以以下代码能够正确执行：
TBuf<20> buf1; TBuf<10> buf2; buf1 = buf2;
而我们上面的TStudent类代码是不能够这样编写的。
三、瘦模板
1、C++模板弊端
C++编译器会在编译的时候将类模板代码“拆分”，生成针对于不同类型模板参数的拷贝，这些拷贝的区别只在于类型的不同。如下代码：
template <typename T> class TStudent { ... }; TStudent<TInt> stu1; TStudent<TUint> stu2;
在程序编译的时候，会生成类模板的两个副本：TStudent_TInt，TStudent_TUint，来区分不同类型的类模板参数调用。
所以，使用C++模板不会带来运行效率的降低，但是会带来编译后代码尺寸的增大！
如果一个类不大，这种尺寸的开销不足为惧。但是如果一个类很大且存在很多不同类型的模板参数调用，这个问题就大了（提醒一下：大家在做内存受限的系统开发，不是PC机）。
2、RArray和RPointerArray
RArray类和RPointerArray类实现了瘦模板机制，有关以上两个类的说明，请参看“集合与数组（1）- RArray和RPointerArray”这篇随笔。
我们来看一下SDK中RArray类的相关声明：
1 template <class T> 2 class RArray : private RArrayBase 3 { 4 ... 5 inline const T& operator[](TInt anIndex) const 6 { return *(const T*)At(anIndex); } 7 inline T& operator[](TInt anIndex) 8 { return *(T*)At(anIndex); } 9 ... 10 } 11 12 class RArrayBase 13 { 14 protected: 15 ... 16 IMPORT_C TAny* At(TInt anIndex) const; 17 ... 18 }
我们从以上代码可以学习到：
- RArray类的绝大多数函数都是从RArrayBase继承的，而RArrayBase不是类模板；
- 瘦模板的设计方法：
在通用基类RArrayBase中实现必要的逻辑代码，但是使用非类型安全的TAny*指针，因为为类型不安全的，所以都要放在protected块中；
在派生类中使用模板，已达到类型安全的目的； - 虽然RArray经过编译后也会产生RArray_TInt、RArray_TUint等等这样的类，但由于其继承自RArrayBase，主要逻辑代码在RArrayBase中，所以代码大小的开销会很小，RArray_TInt、RArray_TUint在这里就相当于RArrayBase的不同的“壳”而已；
- RArray私有继承自RArrayBase，这样，在外部调用者看来，RArray和RArrayBase就没有任何继承上“is a”的关系，如：以下代码是不可行的：
RArray<TInt> arr; RArrayBase arrBase = arr;
所以，我们在编写Symbian C++类模板时，要按照以上几点进行设计，以保证生成代码的最小化。
另：TBuf类的设计也属于瘦模板，主要逻辑代码都继承自TBufBase，而TBuf只保存模板参数S所指定的不同大小的缓冲区结构。
四、参考文献
- C++编程思想 第1卷 标准C++引导
- C++ Templates 中文版
- Symbian OS C++ 高效编程
- C++私有继承和保护继承
