Привет ! |
Проектирование библиотек
13.5 Динамическая информация о типе
Иногда бывает полезно знать истинный тип объекта до его использования
в каких-либо операциях. Рассмотрим функцию my(set&) из 13.3.
void my_set(set& s) { for ( T* p = s.first(); p; p = s.next()) { // мой код } // ... }
Она хороша в общем случае, но представим,- стало известно, что многие параметры множества представляют собой объекты типа slist. Возможно также стал известен алгоритм перебора элементов, который значительно эффективнее для списков, чем для произвольных множеств. В результате эксперимента удалось выяснить, что именно этот перебор является узким местом в системе. Тогда, конечно, имеет смысл учесть в программе отдельно вариант с slist. Допустив возможность определения истинного типа параметра, задающего множество, функцию my (set&) можно записать так:
void my(set& s) { if (ref_type_info(s) == static_type_info(slist_set)) { // сравнение двух представлений типа // s типа slist slist& sl = (slist&)s; for (T* p = sl.first(); p; p = sl.next()) { // эффективный вариант в расчете на list } } else { for ( T* p = s.first(); p; p = s.next()) { // обычный вариант для произвольного множества } } // ... }
Как только стал известен конкретный тип slist, стали доступны определенные операции со списками, и даже стала возможна реализация основных операций подстановкой.
Приведенный вариант функции действует отлично, поскольку slist - это конкретный класс, и действительно имеет смысл отдельно
разбирать вариант, когда параметр является slist_set. Рассмотрим
теперь такую ситуацию, когда желательно отдельно разбирать вариант как
для класса, так и для всех его производных классов. Допустим, мы
имеем класс dialog_box из 13.4 и хотим узнать, является ли он
классом dbox_w_str. Поскольку может существовать много производных
классов от dbox_w_str, простую проверку на совпадение с ним
нельзя считать хорошим решением. Действительно, производные классы
могут представлять самые разные варианты запроса строки. Например,
один производный от dbox_w_str класс может предлагать пользователю
варианты строк на выбор, другой может обеспечить поиск в каталоге
и т.д. Значит, нужно проверять и на совпадение со всеми производными
от dbox_w_str классами. Это так же типично для узловых классов, как
проверка на вполне определенный тип типична для абстрактных классов,
реализуемых конкретными типами.
void f(dialog_box& db) { dbox_w_str* dbws = ptr_cast(dbox_w_str, &db); if (dbws) { // dbox_w_str // здесь можно использовать dbox_w_str::get_string() } else { // ``обычный'' dialog_box } // ... }
Здесь "операция" приведения ptr_cast() свой второй параметр (указатель) приводит к своему первому параметру (типу) при условии, что указатель настроен на объект, тип которого совпадает с заданным (или является производным классом от заданного типа). Для проверки типа dialog_box используется указатель, чтобы после приведения его можно было сравнить с нулем.
Возможно альтернативное решение с помощью ссылки на dialog_box:
void g(dialog_box& db) { try { dbox_w_str& dbws = ref_cast(dialog_box,db); // здесь можно использовать dbox_w_str::get_string() } catch (Bad_cast) { // ``обычный'' dialog_box } // ... }
Поскольку нет приемлемого представления нулевой ссылки, с которой можно сравнивать, используется особая ситуация, обозначающая ошибку приведения (т.е. случай, когда тип не есть dbox_w_str ). Иногда лучше избегать сравнения с результатом приведения.
Различие функций ref_cast() и ptr_cast() служит хорошей иллюстрацией различий между ссылками и указателями: ссылка обязательно ссылается на объект, тогда как указатель может и не ссылаться, поэтому для указателя часто нужна проверка.
13.5.1 Информация о типе
В С++ нет иного стандартного средства получения динамической информации о типе, кроме вызовов виртуальных функций.
Хотя было сделано несколько предложений по расширению С++ в этом направлении.
Смоделировать такое средство довольно просто и в большинстве больших библиотек есть возможности динамических запросов о типе. Здесь предлагается решение, обладающее тем полезным свойством, что объем информации о типе можно произвольно расширять. Его можно реализовать с помощью вызовов виртуальных функций, и оно может входить в расширенные реализации С++.
Достаточно удобный интерфейс с любым средством, поставляющим информацию о типе, можно задать с помощью следующих операций:
typeid static_type_info(type) // получить typeid для имени типа typeid ptr_type_info(pointer) // получить typeid для указателя typeid ref_type_info(reference) // получить typeid для ссылки pointer ptr_cast(type,pointer) // преобразование указателя reference ref_cast(type,reference) // преобразование ссылки
Пользователь класса может обойтись этими операциями, а создатель класса должен предусмотреть в описаниях классов определенные "приспособления", чтобы согласовать операции с реализацией библиотеки.
Большинство пользователей, которым вообще нужна динамическая идентификация типа, может ограничиться операциями приведения ptr_cast() и ref_cast(). Таким образом пользователь отстраняется от дальнейших сложностей, связанных с динамической идентификацией типа. Кроме того, ограниченное использование динамической информации о типе меньше всего чревато ошибками.
Если недостаточно знать, что операция приведения прошла успешно, а нужен истинный тип (например, объектно-ориентированный ввод-вывод), то можно использовать операции динамических запросов о типе: static_type_info(), ptr_type_info() и ref_type_info(). Эти операции возвращают объект класса typeid. Как было показано в примере с set и slist_set, объекты класса typeid можно сравнивать. Для большинства задач этих сведений о классе typeid достаточно. Но для задач, которым нужна более полная информация о типе, в классе typeid есть функция get_type_info():
class typeid { friend class Type_info; private: const Type_info* id; public: typeid(const Type_info* p) : id(p) { } const Type_info* get_type_info() const { return id; } int operator==(typeid i) const ; };
Функция get_type_info() возвращает указатель на неменяющийся (const) объект класса Type_info из typeid. Существенно, что объект не меняется: это должно гарантировать, что динамическая информация о типе отражает статические типы исходной программы. Плохо, если при выполнении программы некоторый тип может изменяться.
С помощью указателя на объект класса Type_info пользователь получает доступ к информации о типе из typeid и, теперь его программа начинает зависеть от конкретной системы динамических запросов о типе и от структуры динамической информации о нем. Но эти средства не входят в стандарт языка, а задать их с помощью хорошо продуманных макроопределений непросто.
13.5.2 Класс Type_info
В классе Type_info есть минимальный объем информации для реализации операции ptr_cast() ; его можно определить следующим образом:
class Type_info { const char* n; // имя const Type_info** b; // список базовых классов public: Type_info(const char* name, const Type_info* base[]); const char* name() const; Base_iterator bases(int direct=0) const; int same(const Type_info* p) const; int has_base(const Type_info*, int direct=0) const; int can_cast(const Type_info* p) const; static const Type_info info_obj; virtual typeid get_info() const; static typeid info(); };
Две последние функции должны быть определены в каждом производном от Type_info классе.
Пользователь не должен заботиться о структуре объекта Type_info, и она приведена здесь только для полноты изложения. Строка, содержащая имя типа, введена для того, чтобы дать возможность поиска информации в таблицах имен, например, в таблице отладчика. С помощью нее а также информации из объекта Type_info можно выдавать более осмысленные диагностические сообщения. Кроме того, если возникнет потребность иметь несколько объектов типа Type_info, то имя может служить уникальным ключом этих объектов.
const char* Type_info::name() const { return n; } int Type_info::same(const Type_info* p) const { return this==p || strcmp(n,p->n)==0; } int Type_info::can_cast(const Type_info* p) const { return same(p) || p->has_base(this); }
Доступ к информации о базовых классах обеспечивается функциями bases() и has_base(). Функция bases() возвращает итератор, который порождает указатели на базовые классы объектов Type_info, а с помощью функции has_base() можно определить является ли заданный класс базовым для другого класса. Эти функции имеют необязательный параметр direct, который показывает, следует ли рассматривать все базовые классы ( direct=0 ), или только прямые базовые классы ( direct=1 ). Наконец, как описано ниже, с помощью функций get_info() и info() можно получить динамическую информацию о типе для самого класса Type_info.
Здесь средство динамических запросов о типе сознательно реализуется с помощью совсем простых классов. Так можно избежать привязки к определенной библиотеке. Реализация в расчете на конкретную библиотеку может быть иной. Можно, как всегда, посоветовать пользователям избегать излишней зависимости от деталей реализации.
Функция has_base() ищет базовые классы с помощью имеющегося в Type_info списка базовых классов. Хранить информацию о том, является ли базовый класс частным или виртуальным, не нужно, поскольку все ошибки, связанные с ограничениями доступа или неоднозначностью, будут выявлены при трансляции.
class base_iterator { short i; short alloc; const Type_info* b; public: const Type_info* operator() (); void reset() { i = 0; } base_iterator(const Type_info* bb, int direct=0); ~base_iterator() { if (alloc) delete[] (Type_info*)b; } };
В следующем примере используется необязательный параметр для указания, следует ли рассматривать все базовые классы ( direct==0 ) или только прямые базовые классы ( direct==1 ).
base_iterator::base_iterator(const Type_info* bb, int direct) { i = 0; if (direct) { // использование списка прямых базовых классов b = bb; alloc = 0; return; } // создание списка прямых базовых классов: // int n = число базовых b = new const Type_info*[n+1]; // занести базовые классы в b alloc = 1; return; } const Type_info* base_iterator::operator() () { const Type_info* p = &b[i]; if (p) i++; return p; }
Теперь можно задать операции запросов о типе с помощью макроопределений:
#define static_type_info(T) T::info() #define ptr_type_info(p) ((p)->get_info()) #define ref_type_info(r) ((r).get_info()) #define ptr_cast(T,p) \ (T::info()->can_cast((p)->get_info()) ? (T*)(p) : 0) #define ref_cast(T,r) \ (T::info()->can_cast((r).get_info()) \ ? 0 : throw Bad_cast(T::info()->name()), (T&)(r))
Предполагается, что тип особой ситуации Bad_cast (Ошибка_приведения) описан так:
class Bad_cast { const char* tn; // ... public: Bad_cast(const char* p) : tn(p) { } const char* cast_to() { return tn; } // ... };
В разделе 4.7 было сказано, что появление макроопределений
служит сигналом возникших проблем. Здесь проблема в том, что только
транслятор имеет непосредственный доступ к литеральным типам,
а макроопределения скрывают специфику реализации. По сути для хранения
информации для динамических запросов о типах предназначена таблица
виртуальных функций. Если реализация непосредственно поддерживает
динамическую идентификацию типа, то рассматриваемые операции можно
реализовать более естественно, эффективно и элегантно. В частности,
очень просто реализовать функцию ptr_cast(), которая преобразует
указатель на виртуальный базовый класс в указатель на его производные
классы.