强大的C ——把乘法变成加法

把乘法变成加法

不要误会，不是用加法重载operator*。（做这种事情的程序员应该立刻开除）。或者任何跟计算有关的事。这里要讲的是另外一个故事。
当 你看我这篇帖子的时候，是否想过你的计算机是如何构成的？内存、主板、硬盘、cpu、显卡、显示器、光驱、键盘、鼠标等等。没错，你肯定很熟悉了。那么， 你是否想过电脑厂商为了生产不同的配置的计算机，准备了多少配件吗？不好意思，我也不清楚。不过没关系，我们可以假设。假设内存规格有256、512、 1G、2G四种规格（不考虑牌号，后面也一样）；硬盘规格有80G、100G、120G、160G和200G五种规格；显卡有三种（假设一下，我搞不清现 在有多少种显卡）；cpu有五款；显示器有4种；光驱有5种；鼠标键盘就不考虑了。
那么我们总共可以得到多少种配置呢？很简单，4*5*3*5*4*5=6000种！当然没有哪个厂商会推出6000款型号，只是假设一下。那么总共有多少配件呢？4+5+3+5+4+5=26种。也就是厂商只需管理26种配件，便可以制造出6000个机型。
现在让我们再假设一下，当初IBM发明PC的时候，一时糊涂，没有把PC的各个组成部分组件化，所有的组成部分都是焊在一块电路板上的，包括显示器。那么如果一个厂商想获得这6000种配置的电脑，那么他们就必须直接生产，并且管理6000种不同的组件（电脑）。
这就是差别，组件化vs非组件化：26对6000。
好， 现在回到我们熟悉的软件（开发）上来。我们在软件开发是通常也面临计算机厂商同样的问题：产品多样性的问题。即便是同一种软件，在不同的客户那里通常会有 不同要求。为每一个客户开发不同的软件，明显是非常低效的。（不幸的是，这种愚蠢的行为，在业界几乎成了惯例）。顺便说明一下，这里的客户是指用你软件的 人。如果你开发的是库，那么客户就是使用你的库的人。而本文主要针对的是库开发这种情况。
假设，我们要开发一个数据库访问的包装库。为其它程序员提供方便快捷地访问数据库的能力，使他们免于和难缠的ODBC或OleDB打交道。但是，前提是我们的包装库不能像ADO.net那样折损开发人员的访问能力。
基于这种前提，我们需要考虑数据库访问的几个基本要素。我归纳了一下，大概可以包括这么几个：游标、数据绑定、数据缓冲。为了简化，其他细枝末节暂不考虑。同时，只考虑结果集处理部分。下面，我们将考察两种不同的实现方式：OOP和GP。
先看OOP方式。OOP方式利用多态和后期绑定提供了扩展能力和一致的接口。代码大概会是这样：
class MyDBAccessor
{
…
virtual bool MoveNext();
virtual bool MovePre();
virtual bool MoveFirst();
virtual bool MoveLast();

virtual bool GetData(const string& field, void** data);
virtual bool GetData(int field, void** data);
virtual bool SetData(const string& field, void* data) {…}
virtual bool SetData(int field, void* data) {…}

virtual void BindColumn(const string& field, DBType type);
virtual void BindColumn(int field, DBType type);

private:
virtual void DefaultBind()=0;
…
};
因为这里只关心程序的结构，所以只给出声明，略去定义。MyDBAccessor定义了一个基本的框架，对于不同的特性支持，比如不同的游标等等，通过在继承类中重载相应的虚函数实现：
class MyDBFFAccessor//Fast-forward游标类型
: public MyDBAccessor
{
…
virtual bool MoveNext(){…}
virtual bool MovePre(){…}
virtual bool MoveFirst(){…}
virtual bool MoveLast(){…}
…
};
那么，当我们需要一个支持Fast-forward游标，自动绑定，并且按行缓冲的数据库访问类时，我们定义了如下的类：
class MyDB_FF_Dyn_Row
: public MyDBAccessor
{
…
virtual bool MoveNext(){…}
virtual bool MovePre(){…}
virtual bool MoveFirst(){…}
virtual bool MoveLast(){…}

virtual bool GetData(const string& field, void** data) {…}
virtual bool GetData(int field, void** data) {…}
virtual bool SetData(const string& field, void* data) {…}
virtual bool SetData(int field, void* data) {…}

private:
virtual void DefaultBind(){…}
…
};
如果我们需要一个支持Dynamic游标，字符串绑定（所有类型转换成字符串），块缓冲的数据库访问类，那么就再定义一个继承类。
问题来了，游标类型至少有8种，假设默认绑定方式有5种（自动、宽/窄字符串绑定、xml绑定、手工绑定），数据缓冲方式有3种（行缓冲、块缓冲、数组缓冲）。
那么我们得定义多少个继承类呢？8*5*3+1=121。Mission Impossible，除非你有ms那样的资源。
现在，我们来看看GP（范型编程）方式会不会好一些。我们先定义一个类模板：
template<class Cursor, class Binder, class RowBuffer>
class MyDBAccessor
: public Cursor, public Binder, public RowBuffer
{
…
};
应该看出来了吧，模板MyDBAccessor继承自模板类型参数Cursor、Binder、RowBuffer。而这三个模板参数分别对应了游标管理类、绑定类和行缓冲类。根据前面的假设，我们定义了8种游标管理类：
class FastForwardCursor
{
public:
bool MoveNext();
bool MoveLast();
bool GetData(const string& field, void** data);
bool GetData(int field, void** data);
bool SetData(const string& field, void* data) {…}
bool SetData(int field, void* data) {…}
};
class FastForwardReadOnlyCursor
{
public:
bool MoveNext();
bool MoveLast();
bool GetData(const string& field, void** data);
bool GetData(int field, void** data);
};
…
class DynamicCursor
{
public;
bool MoveNext();
bool MovePre();
bool MoveLast();
bool MoveFirst();
bool GetData(const string& field, void** data);
bool GetData(int field, void** data);
bool SetData(const string& field, void* data) {…}
bool SetData(int field, void* data) {…}
};
细心的人会发现这些游标管理类的接口（成员声明）都不一样，一会儿会告诉你为什么。
其他的绑定类和数据缓冲类都依次定义。当我们需要一个支持Fast-forward游标，自动绑定，并且按行缓冲的数据库访问类时，只需用相应的类实例化模板即可：
MyDBAccessor<FastForwardCursor, DynamicBinder, SingleRowBuffer>da;
…
如果我们需要一个支持Dynamic游标，字符串绑定（所有类型转换成字符串），快缓冲的数据库访问类，也很方便：
MyDBAccessor<DynamicCursor, StringBinder, BulkBuffer>da;
…
在GP方式中，我们只需定义8+5+3+1=17个类和模板，即可实现OOP方式中121类定义才能达到的效果。
非常好吧。还不止于此。假设你希望用DynamicCursor游标访问数据库，但是写错了变成了这样：
MyDBAccessor<FastForwardCursor, DynamicBinder, SingleRowBuffer>da;
…
da.MoveFirst();//啊呀！
不要告诉我你不会犯这种低级错误。这种错误每时每刻都在发生，最可能的一种情况就是软件的设计改了，由fast-forward游标改成dynamic游标，而你却忘了修改da的声明。
此 时，代码不会编译通过。因为MyDBAccessor继承自游标管理类，并从游标管理类继承了操纵游标的成员函数。于是，根据fast-forward的 定义：只进不退，所以没有MoveFirst()函数（也不需要，对吧）。因此，MyDBAccessor<FastForwardCursor, DynamicBinder, SingleRowBuffer>也没有这个函数。那么da.MoveFirst()便会引发编译错误。
很 多初学者可能不喜欢这种设计，因为他们非常害怕编译器错误。就好像编译器是他们中学语文老师一样。其实，你应该感谢这个编译错误，它在第一时间帮你消除了 一个潜在的bug。如果我们在FastForwardCursor中加上MoveFirst()这个函数，编译自然没有问题。但在运行时，这句代码肯定会 引发一个运行时错误。运气好的话在你测试的时候，运气不好的话可能会在你客户心情最差的时候发生。这个后果，…，哎呀呀。
另外，即使在你测试的时候发生，你也会被迫用几十上百个单步追查问题的原因，以至于把你周末约会女朋友的心情都搞坏了。
好 了，乘法变加法的把戏变完了。简单地讲，就是你可以利用模板、继承模板参数，以及多继承等技术，将一些基本的要素组合起来，构成一个复杂的，功能完整的 类。用最少的代码作最多的事。这种技术是由C++领域的先锋官Andrei Alexandresu提出来的，称为policy。更详细的内容，可以参考他的《Modren C++ Design》，里面有很详细的讲解和案例。不过得做好心理准备，接受大剂量模板。