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基于原则设计

2018-07-27 10:40:03     所属分类:计算机编程

基于原则设计(Policy-Based Class Design)又名policy-based class design 或 policy-based programming, 是一种基于C++计算机程序设计规范,以原则(Policy)为基础,并结合C++的模板元编程(template metaprogramming)。policy-based首见于 Andrei Alexandrescu 出版的 《Modern C++ Design》 一书以及他在C/C++ Users Journal杂志专栏 Generic<Programming> 。

目录

  • 1 概览
  • 2 Template Template Parameter
  • 3 示例
  • 4 外部链接

概览

Policy的意思是方针,或策略,也就是将原本复杂的系统,拆解成多个独立运作的“策略类别”(policy class),每一组policy class都只负责单纯如行为(behavior, method)或结构(structure)的某一方面。Templetes与多重继承(Multiple Inheritance)两项技术互补。多重继承由于继承自多组 Base Class,故缺乏型别消息(type information),而Templetes基于型别,拥有丰富的型别消息。多重继承容易扩张,而Templetes的特化(Specialization)不容易扩张。Policy-Based Class Design 同时使用了 Template 以及 Multiple Inheritance 两项技术,结合两者的优点。

template
<
         class Policy1,
         class Policy2,
         class Policy3
>
class PolicyBasedClass:public Policy1, public Policy2
{
public:
   PolicyBasedClass(){};
};

PolicyBasedClass则称为宿主类别(host class),只需要切换不同 Policy Class,就可以得到不同的需求。Policy不一定要被宿主(host)继承,只需要用委托(delegation)完成这一工作。但policies必须遵守一个隐含的constraint,接口(interface)必须一样,故参数不能有巨大改变。

Policy class有点类似回调函数(callbacks),但不同的是,callback只是一个函数,至于 policy class 则尽可能包含许多的 functions (methods), 有时还会结合状态变量(state variables)与其他各式各样的类型,如嵌套类型(nested types)。

policy 的一个重要的特征是,宿主类别(host class)经常(并不一定要)使用多重继承的机制去使用多个 policy classes. 因此在进行 policy 拆解时,必须要尽可能达成正交分解(Orthogonal Decomposition),policy彼此独立运作,不相互影响。

Template Template Parameter

在 C++ 的Policy-Based Design 中,用来建构 Template 的类别参数(也就是policy class),本身亦可以是一个 Tempate 化的类别,形成所谓的 Template Template Parameter。

如果 Read()、Write() 有各种不同名目的参数时,可以利用 template 的不完全具现化 (Incomplement Instantiation) 特征检实现各个参数不同的成员函数(member function)。在host class中,可以撰写不同参数版本的 Read(...) 函数,这有赖于c++ compiler的协助。

template
<
	class T,
	template< class > class ReadPolicy,
	template< class > class WritePolicy
>
class ResourceManager
	:
	public ReadingPolicy< T >,
	public WritingPolicy< T >
{
public:
   void Read();
   void Write(XmlElement*);
   void Write(DataSource*);
};

上述的class T即是一个Template Template Parameter,这使得 Policy Class 更具扩充性与弹性,能够处理各种类型的实体(instance)。

void main()
{
  ResourceManager< AnimationEntity, BinaryReader, BinaryWriter > ResMgr1;
  ResourceManager< ScriptEntity, TextReader, TextWriter > ResMgr2;
}

示例

下例是 C++ hello world的示例,可以使用各种原则(policies)打印文字。

template<
    typename output_policy,
    typename language_policy
>
class HelloWorld
  : public output_policy,
    public language_policy
{
    using output_policy::Print;
    using language_policy::Message;

public:

    //behaviour method
    void Run()
    {
        //two policy methods
        Print( Message() );
    }

};


#include <iostream>

class HelloWorld_OutputPolicy_WriteToCout
{
protected:

    template< typename message_type >
    void Print( message_type message )
    {
        std::cout << message << std::endl;
    }

};


#include <string>

class HelloWorld_LanguagePolicy_English
{
protected:

    std::string Message()
    {
        return "Hello, World!";
    }

};

class HelloWorld_LanguagePolicy_German{
protected:

    std::string Message()
    {
        return "Hallo Welt!";
    }

};


int main()
{

/* example 1 */

    typedef
        HelloWorld<
            HelloWorld_OutputPolicy_WriteToCout,
            HelloWorld_LanguagePolicy_English
        >
            my_hello_world_type;

    my_hello_world_type hello_world;
    hello_world.Run(); //returns Hello World!


/* example 2 
 * does the same but uses another policy, the language has changed
 */

    typedef
        HelloWorld<
            HelloWorld_OutputPolicy_WriteToCout,
            HelloWorld_LanguagePolicy_German
        >
            my_other_hello_world_type;

    my_other_hello_world_type hello_world2;
    hello_world2.Run(); //returns Hallo Welt!
}

你可以更容易的撰写其他的 Output policy, 单靠你创造更新的Policy class并实现print于其中。

外部链接

  • Andrei Alexandrescu's Web site

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