Проектирование библиотек

13.6 Обширный интерфейс

Когда обсуждались абстрактные типы ( 13.3) и узловые классы ( 13.4), было подчеркнуто, что все функции базового класса реализуются в самом базовом или в производном классе. Но существует и другой способ построения классов. Рассмотрим, например, списки, массивы, ассоциативные массивы, деревья и т.д. Естественно желание для всех этих типов, часто называемых контейнерами, создать обобщающий их класс, который можно использовать в качестве интерфейса с любым из перечисленных типов. Очевидно, что пользователь не должен знать детали, касающиеся конкретного контейнера. Но задача определения интерфейса для обобщенного контейнера нетривиальна. Предположим, что такой контейнер будет определен как абстрактный тип, тогда какие операции он должен предоставлять? Можно предоставить только те операции, которые есть в каждом контейнере, т.е. пересечение множеств операций, но такой интерфейс будет слишком узким. На самом деле, во многих, имеющих смысл случаях такое пересечение пусто. В качестве альтернативного решения можно предоставить объединение всех множеств операций и предусмотреть динамическую ошибку, когда в этом интерфейсе к объекту применяется "несуществующая" операция. Объединение интерфейсов классов, представляющих множество понятий, называется обширным интерфейсом. Опишем "общий" контейнер объектов типа T:

class container {
public:
  struct Bad_operation { // класс особых ситуаций
      const char* p;
      Bad_operation(const char* pp) : p(pp) { }
  };

  virtual void put(const T*)
     { throw Bad_operation("container::put"); }
  virtual T* get()
     { throw Bad_operation("container::get"); }

  virtual T*& operator[](int)
     { throw Bad_operation("container::[](int)"); }
  virtual T*& operator[](const char*)
     { throw Bad_operation("container::[](char*)"); }
  // ...
};

Все-таки существует мало реализаций, где удачно представлены как индексирование, так и операции типа списочных, и, возможно, не стоит совмещать их в одном классе.

Отметим такое различие: для гарантии проверки на этапе трансляции в абстрактном типе используются чистые виртуальные функции, а для обнаружения ошибок на этапе выполнения используются функции обширного интерфейса, запускающие особые ситуации.

Можно следующим образом описать контейнер, реализованный как простой список с односторонней связью:

class slist_container : public container, private slist {
public:
  void put(const T*);
  T* get();

  T*& operator[](int)
      { throw Bad_operation("slist::[](int)"); }
  T*& operator[](const* char)
      { throw Bad_operation("slist::[](char*)"); }
  // ...
};

Чтобы упростить обработку динамических ошибок для списка введены операции индексирования. Можно было не вводить эти нереализованные для списка операции и ограничиться менее полной информацией, которую предоставляют особые ситуации, запущенные в классе container:

class vector_container : public container, private vector {
public:
   T*& operator[](int);
   T*& operator[](const char*);
   // ...
};

Если быть осторожным, то все работает нормально:

void f()
{
  slist_container sc;
  vector_container vc;
  // ...
}

void user(container& c1, container& c2)
{
  T* p1 = c1.get();
  T* p2 = c2[3];
  // нельзя использовать c2.get() или c1[3]
  // ...
}

Все же для избежания ошибок при выполнении программы часто приходится использовать динамическую информацию о типе ( 13.5) или особые ситуации ( 9). Приведем пример:

void user2(container& c1, container& c2)
/*
   обнаружение ошибки просто, восстановление - трудная задача
*/
{
  try {
      T* p1 = c1.get();
      T* p2 = c2[3];
      // ...
   }
   catch(container::Bad_operation& bad) {
     // Приехали!
     // А что теперь делать?
   }
 }

или другой пример:

void user3(container& c1, container& c2)
/*
  обнаружение ошибки непросто,
  а восстановление по прежнему трудная задача
*/
{
  slist* sl = ptr_cast(slist_container,&c1);
  vector* v = ptr_cast(vector_container, &c2);

  if (sl && v) {
     T* p1 = c1.get();
     T* p2 = c2[3];
     // ...
  }
  else {
     // Приехали!
     // А что теперь делать?
  }
}

Оба способа обнаружения ошибки, показанные на этих примерах, приводят к программе с "раздутым" кодом и низкой скоростью выполнения. Поэтому обычно просто игнорируют возможные ошибки в надежде, что пользователь на них не натолкнется. Но задача от этого не упрощается, ведь полное тестирование затруднительно и требует многих усилий.

Поэтому, если целью является программа с хорошими характеристиками, или требуются высокие гарантии корректности программы, или, вообще, есть хорошая альтернатива, лучше не использовать обширные интерфейсы. Кроме того, использование обширного интерфейса нарушает взаимнооднозначное соответствие между классами и понятиями, и тогда начинают вводить новые производные классы просто для удобства реализации.