Item 41：隐式接口与编译期多态

面向对象设计中的类考虑的是显式接口和运行时多态， 而模板编程中的模板考虑的是隐式接口和编译期多态。

• 对类而言，显式接口是由函数签名表征的，运行时多态由虚函数实现；
• 对模板而言，隐式接口是由表达式的合法性表征的，编译期多态由模板初始化和函数重载的解析实现。

显式接口和运行时多态

一个类的显式接口是由 public 成员函数签名（包括函数名、参数类型、返回值类型等）、类型定义（typedef）、public 数据成员构成的。

class Widget{
public:
    Widget();
    virtual ~Widget();
    virtual size_t size() const;
    virtual void normalize();
    void swap(Widget& other);
};
void doProcessing(Widget& w){
    if(w.size() > 10 && w != someOne){
        Widget tmp(w);
        tmp.normalize();
        tmp.swap(w);
    }
}

对于 doProcesing 中的 w，我们可以知道：

• w 应支持 Widget 的接口，包括：normalize(), swap()等。这些接口在源码中是可以找到的，称为显式接口。
• Widget 有些成员函数是 virtual 的，会表现出运行时多态：具体的被调用者会根据 Widget 的动态类型而决定。

隐式接口和编译期多态

在模板和类属编程中这一点完全不同，在这里隐式接口和编译期多态更为重要：

template<typename T>
void doProcessing(T& w){
    if(w.size() > 10 && w!= someOne){
        T tmp(w);
        tmp.normalize();
        tmp.swap(w);
    }
}

现在的 doProcessing 是一个函数模板，其中的 w 有所不同：

• w 应支持的接口取决于模板中 w 上的操作。比如：w（类型T）必须支持 size, normalize, swap 方法；拷贝构造函数；不等运算符。 总之，这些表达式必须合法而且通过编译构成了 w 应支持的接口。
• 其中的 operator> 和 operator!= 要调用成功可能需要实例化一些模板，而使用不同的模板参数实例化模板的过程就是编译期多态。

具体来讲，T 的隐式接口应满足：

• 必须包含一个返回值为整型的成员函数；
• 支持一个接受 T 类型的 operator!= 函数。

但由于 C++ 的运算符重载和隐式类型转换特性，上述两个条件都不需要满足。 首先 size 可能是继承来的函数而非T 的成员函数，但它不需要返回一个 int，甚至不需要返回一个数字类型，返回类型也不需要定义 operator>。 它需要返回的类型 X 只需满足：operator> 可以接受 X 和 int。但 operator> 的第一个参数类型可以不是 X，只要 X能隐式转换为它的第一个参数类型即可。 类似地，operator!= 接口也有极大的灵活性。

首先 size 可能是继承来的函数而非 T 的成员函数，但它不需要返回一个 int，甚至不需要返回一个数字类型，返回类型也不需要定义 operator>。 它需要返回的类型 X 只需满足：operator> 可以接受 X 和 int。但 operator> 的第一个参数类型可以不是 X，只要 X能隐式转换为它的第一个参数类型即可。 类似地，operator!= 接口也有极大的灵活性。

当你想到这些约束时可能真的会头大，但实践中比这些直观的多，接口只是由合法的表达式构成的。 例如下面的表达式看起来就很直观：

if (w.size() > 10 && w != someOne) ...

总之隐式接口和显式接口一样地真实存在，在编译时都会进行检查。正如你错误地使用显式接口会导致编译错一样， 对象不支持模板所要求的隐式接口也会导致编译错误。

总结

• 类和模板都支持接口和多态。
• 对于类，接口是显式的并以函数识别特征为中心的。多态性通过虚拟函数出现在运行期。
• 对于模板参数，接口是隐式的并基于合法表达式。多态性通过模板实例化和函数重载解析出现在编译期。