Вернемся к примеру из предыдущего параграфа. Представим, что мы поразмыслили и решили, что в будущем для нас может стать актуальным быстродействие и необходимость реализации C++ API. Сводим эти критерии в таблицу с инверсной шкалой, считаем, что важность этих критериев одинакова. Подсчитываем сумму (Табл. 11).
Табл. 11. Интегральные оценки с инверсной шкалой
Получившиеся результаты суммируем с результатами, полученными с использованием обычной шкалы (Табл. 12).
Табл. 12. Поправки с учетом инверсной шкалы
Итак, после внесенных поправок для прогнозных показателей максимальное количество балов набирает указатель на функцию, который рекомендуется к применению.
Может оказаться, что даже после учета прогнозных показателей остаются реализации с одинаковым количеством баллов. В этом случае выбор остается на усмотрение разработчика. Он может, к примеру, взять критерий, который лично для него является более предпочтительным (например, простота), и выбрать реализацию по этому критерию. Или просто выбрать, что называется, первую попавшуюся.
3.4. Итоги
Сравнительный анализ реализаций обратных вызовов необходим для выбора наилучшей в конкретной ситуации. Методика анализа включает в себя выбор объектов, определение критериев сравнения, построение матрицы соответствия, выбор оптимального решения.
Качественный анализ используется, если необходимо выбрать реализацию, оптимальную по какому-нибудь единственному критерию. Если у нас имеется несколько критериев, то необходим количественный анализ, в качестве которого применяется метод интегральных оценок.
Рассмотренные методики подходят не только для исследования обратных вызовов, их можно применять в любых других случаях, когда необходим выбор оптимального архитектурного решения из множества возможных.
4. Обратные вызовы и шаблоны
4.1. Общие понятия шаблонов
Шаблоны в C++ являются инструментом, реализующим параметрический полиморфизм, что означает возможность построения единого (обобщенного) кода для различных типов данных16. В таком коде не задаются конкретные типы, а вводятся параметры, в которые затем подставляется нужный тип данных. Чтобы код работал корректно, типы должны удовлетворять некоторым соглашениям, или, другими словами, поддерживать определенный интерфейс.
Обобщенный код это код, реализующий заданную функциональность без привязки к типам данных.
Шаблоны объявляются ключевым словом template, после которого в угловых скобках перечисляются параметры. Параметрами шаблона могут быть как типы данных, так и значения.
Пример объявления шаблона:
template SomeTemplate<typename type, int value>
Здесь объявлен шаблон с одним параметром-типом type и параметром-значением value.
Параметрам шаблона, как типам, так и значениям, могут быть назначены значения по умолчанию:
template SomeTemplate<typename type = SomeStruct(), int value = 0>
После объявления шаблона следует код шаблона, в качестве которого выступает функция либо класс. В этом коде вместо имен типов и числовых значений можно подставлять имена параметров. Конкретные типы и значения, подставляемые в эти параметры, станут известны после инстанциирования шаблона, под которым понимается объявление экземпляра шаблона с заданными типами.
Инстанциирование шаблона это объявление экземпляра шаблона с заданными типами.
Инстанциирование шаблона может быть явным и неявным. При явном инстанциировании типы параметров шаблона объявляются, а при неявном выводятся, исходя из типов входных аргументов. Пример объявления шаблонов и их инстанциирование представлены в Листинг 23.
Листинг 23. Объявление шаблона и его инстанциированиеtemplate<typename type, int size = 1> // (1)
class StaticArray
{
public:
type array[size];
};
template <typename TYPE> // (2)
TYPE Sum(TYPE s2, TYPE s3)
{
return s2 + s3;
}
int main()
{
StaticArray<int, 1> someArray; // (3)
int a = 0; double x = 8;
Sum(a, a); // (4)
Sum<double> (a, x); // (5)
}
В строке 1 объявлен шаблон класса, в строке 2 объявлен шаблон функции. В строке 3 производится явное инстанциирование шаблона класса, типами параметров выступают int и числовое значение. В строке 4 производится неявное инстанциирование шаблона функции, тип параметра шаблона здесь будет int, который выводится из типа входного аргумента. В строке 5 производится явное инстанциирование; оно здесь необходимо, потому что из типов входных аргументов нельзя однозначно определить, какой тип параметра должен использоваться в шаблоне.
В строке 1 объявлен шаблон класса, в строке 2 объявлен шаблон функции. В строке 3 производится явное инстанциирование шаблона класса, типами параметров выступают int и числовое значение. В строке 4 производится неявное инстанциирование шаблона функции, тип параметра шаблона здесь будет int, который выводится из типа входного аргумента. В строке 5 производится явное инстанциирование; оно здесь необходимо, потому что из типов входных аргументов нельзя однозначно определить, какой тип параметра должен использоваться в шаблоне.
Вообще, шаблоны в C++ это обширная тема, заслуживающая отдельной книги, поэтому изложить ее полностью не представляется возможным. Для лучшего понимания дальнейшего материала, кроме уже изложенных базовых понятий, рекомендуется ознакомиться со следующими темами: шаблоны с переменным числом параметров; частичная специализация шаблонов; автоматический вывод типов17.
Программирование с использованием шаблонов, или, как его еще называют, метапрограммирование, достаточно сложное, поскольку предполагает высокий уровень абстракции в сочетании с неявным генерированием кода на этапе компиляции. Здесь используется другая парадигма, которая очень отличается от привычного объектно-ориентированного подхода; по своей природе шаблоны ближе к функциональному программированию. Однако именно благодаря указанным особенностям они позволяют легко и естественно решать многие задачи, в которых использование классических средств C++ порождает немало проблем.
Применительно к нашей теме, т. е. проектированию обратных вызовов, с помощью шаблонов можно реализовать множество интересных вещей, как это будет показано в следующих главах. Начнем с синхронных вызовов, как наиболее простых.
4.2. Синхронные вызовы
4.2.1. Инициатор
Проанализируем различные реализации инициатора синхронных вызовов (Листинг 24):
Листинг 24. Реализации инициатора для синхронных вызововclass Executor
{
public:
void callbackHandler(int eventID);
void operator() (int eventID);
};
using ptr_callback = void(*) (int, void*);
using ptr_callback_static = void(*) (int, Executor*);
using ptr_callback_method = void(Executor::*)(int);
void run(ptr_callback ptrCallback, void* contextData = nullptr) // (1)
{
int eventID = 0;
ptrCallback(eventID, contextData);
}
void run(ptr_callback_static ptrCallback, Executor* contextData = nullptr) // (2)
{
int eventID = 0;
ptrCallback(eventID, contextData);
}
void run(Executor* ptrClientCallbackClass, ptr_callback_method ptrClientCallbackMethod) // (3)
{
int eventID = 0;
(ptrClientCallbackClass->*ptrClientCallbackMethod)(eventID);
}
void run(Executor callbackHandler) // (4)
{
int eventID = 0;
callbackHandler(eventID);
}
Можно заметить, что все реализации, по сути, одинаковы, отличаются только типы и количество входных аргументов. Поэтому, можно попытаться сделать шаблон. Возьмем наиболее простой случай, когда функция на вход принимает только один параметр (Листинг 25):
Листинг 25. Шаблон для инициатора синхронного вызоваtemplate <typename CallbackArgument>
void run(CallbackArgument callbackHandler)
{
int eventID = 0;
//Some actions
callbackHandler(eventID);
}
Получившийся шаблон подходит для реализации вызовов с помощью функциональных объектов (в Листинг 25 это строка номер 4), а также для лямбда-выражений. В последнем случае в качестве типа аргумента будет подставлен тип лямбда-выражения, определяемый компилятором.
Что же нам делать для остальных реализаций? Для указателей на функцию и указателей на статический метод (строки 1 и 2) можно сделать отдельный шаблон с двумя параметрами (Листинг 26):
Листинг 26. Шаблон для инициатора с двумя параметрамиtemplate <typename CallbackArgument, typename Context>
void run(CallbackArgument callbackHandler, Context* context)
{
int eventID = 0;
//Some actions
callbackHandler(eventID, context);
}
Однако такое решение противоречит идее обобщенного кода: для нового типа данных мы реализуем новый код, который дублирует предыдущий, за исключением самого вызова. Как следствие, если в коде инициатора нужно сделать изменения, их придется переносить на все объявленные функции. Но это еще не все: указанное решение не покрывает случая использования указателей на метод-член класса, синтаксис вызова которого отличается от синтаксиса вызова внешней функции. Таким образом, придется реализовать еще один шаблон функции для вызова метода класса. При этом он должен будет иметь другое имя, иначе возникнет конфликт с предыдущим определением: количество входных параметров одинаково, и компилятор не знает, какую реализацию шаблона подставлять при инстанциировании.