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发信人: bso (BSO's So Open), 信区: Program
标 题: Boost源码剖析之：泛型指针类any之海纳百川
发信站: 荔园晨风BBS站 (Wed Aug 16 10:48:27 2006), 站内
作者:ppLiu（刘未鹏）
C++是强类型语言，所有强类型语言对型别的要求都是苛刻的，型别一有不合编译器就会抱
怨说不能将某某型别转换为某某型别，当然如果在型别之间提供了转换操作符或是标准所允
许的一定程度的隐式转换(如经过非explicit构造函数创建临时变量的隐式转换或是在int，
long这些基本型别间的)又另当别论。总的说来，为了保持型别安全，C++有严厉的要求。然
而有时候程序员可能有这样的需要:
int i;
long j;
X x; //假设X为用户定义的类
any anyVal=i;
... //use anyVal as a int value
anyVal=j;
... //use anyVal as a long value
anyVal=x;
... //use anyVal as a long value考虑这样的一个“泛型指针类”该如何设计是很有趣的
事情。
1．它本身不能是模板类，因为如果它是模板，你必须为它的具现化提供模板参数。而事实
上你并不想这样做。你想让同一个对象接受任意型别的数据。在上面的代码中这个对象是
anyVal。然而，如果你必须为它提供模板参数，那么上面的代码看起来就会像这样：
any<int> anyIntVal=i;
any<long> anyLongVal=j;
...这显然已经丧失了anyVal的优势----以单个对象接受所有型别的数据。与其这样还不如
直接写:
int anyIntVal=i;
int anyLongVal=j;所以，any不能是模板类。
2．它必须提供某些有关它所保存的对象型别的信息。
3. 它必须提供某种方法将它保存的数值“取出来”。
事实上，Boost库已经提供了这样的类boost::any，下面我就为你讲述它的原理及构造。
首先，any类里面一定要提供一个模板构造函数和模板operator=操作符。因为你必须允许用
户写出：
any any_value(val); //val 的型别为任意的
any_value=val1; //val1 型别也是任意的这样的代码。
其次，数据的存放之所是个问题，显然你不能将它保存在any类中，那会导致any类成为模板
类，后者是明确不被允许的。数据应该动态存放，即动态分配一个数据的容器来存放数据，
而any类中则保存指向这个容器的指针，明确地说，是指向这个容器的基类的指针，这是因
为容器本身必须为模板，而any类中的指针成员又必须不是泛型的(因为any不能是泛型的，
所以any中所有数据成员都不能是泛型的)，所以，结论是：为容器准备一个非泛型的基类，
而让指针指向该基类。
下面就看一看boost库是如何具体实现这两点的。
//摘自”boost/any.hpp”
class any
{
public:
class placeholder //泛型数据容器holder的非泛型基类
{
public: // structors
virtual ~placeholder() //虚析构函数，为保证派生类对象能用基类指
针析构
{}
public: // queries
virtual const std::type_info & type() const = 0; //提供关于型别
的信息
virtual placeholder * clone() const = 0; //复制容器
};
template<typename ValueType>
class holder : public placeholder //
{
public: // structors
holder(const ValueType & value) //
: held(value)
{}
public: // queries
virtual const std::type_info & type() const
{
return typeid(ValueType); //typeid返回std::typeinfo对象
引用，后者包含任意
//对象的型别信息如name，还提供operator==操作符
//你可以用typeid(oneObj)==typeid(anotherObj)来比
//两个对象之型别是否一致
}
virtual placeholder * clone() const
{
return new holder(held); //改写虚函数，返回自身的复制体
}
public: // representation
ValueType held; //数据保存的地方
};//类定义结束
placeholder * content; //指向泛型数据容器holder的基类placeholder的指针
template<typename ValueType>
any(const ValueType & value)
: content(new holder<ValueType>(value)) //模板构造函数，动态分配数据容器
并调用其构
//造函数
{}
...
template<typename ValueType>
any & operator=(const ValueType & rhs) //与模板构造函数一样，但使用了
swap惯用手法
{
any(rhs).swap(*this); //先创建一个临时对象any(rhs)，再调用下面的
swap函数进行底层
//数据交换，注意与*this交换数据的是临时对象，所以rhs的底层
//数据并未被更改，只是在swap结束后临时对象拥有了*this的底
//层数据，而此时*this也拥有了临时对象构造时所拥有的rhs的数
//据的副本。然后临时对象由于生命期的结束而被自动析构，*this
//原来的底层数据随之烟消云散。
return *this;
}
any & swap(any & rhs) //swap函数，交换底层数据
{
std::swap(content, rhs.content); //只是简单地将两个指针的值互换
return *this;
}
~any() //析构函数
{
delete content; //释放容器，用的是基类指针，这就是placeholder需
要一个虚
//析构函数的原因
}
...
};这虽然并非any的全部源代码，但是所有重要的思想已经表露无遗。剩下的部分只是一些
简单的细节，请参见boost库的原文件。
“但是等等！”，你急切的说：“你失去了型别的信息。”唔...的确，当赋值的模板函数
返回后你也就失去了关于型别的信息。考虑下面你可能想要写出的代码：
int i=10;
boost::any anyVal=i;
int j=anyVal; //error，实际上你是想把anyVal赋给另一个int型变量，这应该以某种方式
被允
//许，但决不是在any类中提供转换操作符，因为你事先并不知道要用anyVal来承
//载何种型别的变量，所以转换操作符无从给出。当转换操作符的设想彻底失败后，我们只
能借助于某些“外来”的显式转换操作。就向static_cast<>一样。Boost提供了
any_cast<>，于是你可以这样写：
int j=any_cast<int>(anyVal);事实上，any_cast的代码是这样的：
template<typename ValueType>
ValueType any_cast(const any & operand)
{
const ValueType * result = any_cast<ValueType>(&operand);//调用any_cast
针对指针的版
//本。
if(!result) //如果cast失败，即实际 保存的并非ValueType型数据，则抛出一
个异常
throw bad_any_cast(); //派生自std::bad_cast
return *result;
}而any_cast针对指针的版本是这样：
template<typename ValueType>
ValueType * any_cast(any * operand)
{
return operand && operand->type() == typeid(ValueType) //这个型别检查很
重要，后面会
//对它作更详细的解释
1 ? &static_cast<any::holder<ValueType> *>(operand->content)->held:0;
//这儿有个向下
//型别转换
}这两个any_cast版本应该很好理解。后版本中的型别检查是必要的，如果没有这个检查，
考虑以下代码：
int i=10;
boost::any anyVal=i;
double d=any_cast<double>(anyVal); //如果没有那个型别检查，这将通过编译且运行期
通常也不
//会出错，但是
//对d的赋值将会是非常奇怪的情形。这将通过编译，且运行期通常竟然也不会出错，下面
我为你解释为什么会这样。
boost::anyVal=i;其实将anyVal.content指针指向了一个holder对象(请回顾上面的代码)。
然后any_cast(anyVal)实际上调用了any_cast<>针对指针的重载版本，并将anyVal的地址传
递过去，也就是转到1处，因为调用的是any_cast，所以1处的代码被编译器特化为
2 static_cast<any::holder<double> *>(operand->content)->held但是前面说过，
operand->content实际指向的是any::holder，所以这个static_cast<>是“非法”的，然而
事实是：它能通过编译！原因很简单，holder和holder都是placeholder的基类。将基类指
针向派生类指针转换被认为是合法的。但这却酿成大错，因为表达式2的型别将因此被推导
为double！原先holder只给int held;成员分配了sizeof(int)个字节的内存，而现在却要将
int型的held当作double型来使用，也就是说使用sizeof(double)个字节内存。所以这就相
当于：
int i=10;
double* pd=(double*)(void*)&i;
double d=*pd; //行为未定义，但通常却不会出错，然而隐藏的错误更可怕，你得到的d的
值几
//乎肯定不是你想要的。使用typeinfo让我们有可能在运行时发现这种型别不符并及时抛出
异常。但有个违反直观的事情是上面的那行错误的代码仍能通过编译，并且你也无法阻止它
通过编译，因为holder和holder都是placeholder的基类。所以只能期望程序员们清楚自己
在做什么，要不然就给他个异常瞧瞧。
使用boost::any实现virtual template成员函数
如你所知，C++中没有提供virtual template function。然而有时候你的确会有这种需要,
any可以一定程度上满足这种需要，例如，
class Base
{
public:
virtual void Accept(boost::any anyData)
{
...
}
};
class Derived:public Base
{public:
virtual void Accept(boost::any anyData)
{
...
}
};这样的Accept函数能够接受任意类型的数据，并且是virtual函数
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