Generic Callbacks
译自<<Exceptional C++ style>>的开放章节
JG问题
1. 设计、编写泛型设施时，预期什么样的质量？请解释。
Guru问题
2. 以下代码代表了一个有趣的、有用的惯用法来包装回调函数。请参看原文章来获得更详细的解释。[Kalev01]
指正这些代码并标出：
a) 可以改善风格的选择，以使设计满足更多的C++惯用法。
b) 限制了设施的可用性。
template < class T, void (T::*F)() >
class callback
{
public:
callback(T& t) : object(t) {} // assign actual object to T
void execute() {(object.*F)();} // launch callback function
private:
T& object;
};
解答
泛型质量
1. 设计、编写泛型设施时，预期什么样的质量？请解释。
泛型代码首先应该是可用的。那并不意味着它必须包含所有的操作。它的意思是泛型代码应改作合理的、平衡的努力以避免至少三件事：
1. 避免不适当的类型限制。例如，如果你想写一个泛型容器。很合理的要求是容器中的元素类型有一个拷贝构造函数，一个不会抛出异常的析构函数。但是缺省的构造函数呢？赋值运算符呢？用户想放入容器中的很多类型并不包含缺省的构造函数，并且如果你的容器使用它的话，那么这种类型将不能使用你编写的容器。所以你的容器并不是泛型的。（请参考Exceptional C++[Sutter00]来获得一个完全的例子。）
2. 避免不适合的功能限制。如果你编写一个设施来执行X和Y，但用户想执行Z，那会怎样？Z和Y的差距并不大。有时你会想让你的泛型设施更灵活，让它能够支持Z。有时你又不想那样。好的泛型设计的一部分是提供选择方式，意思是通过它，你的泛型设施可以被定制或扩展。这在泛型设计中是很重要的，并且你也不应该惊讶，因为这个原则在面向对象的类的设计中也是相同的。
基于策略的设计是众多重要技术中的一个，它允许在泛型代码中的“可插入”行为。基于策略的设计的例子请参看[Alexandrescu01]的部分章节。StartPtr和Singleton是很好的开始点。这导致了一个相关的问题：
3. 避免不合适的[monolithic]设计。这个重要的问题并不会在下面要考虑的例子中出现，应该对它作进一个步的考虑，因此它不仅出现在本条款中，也出现在以后的条款中：请查看条款37到40。
在这三点中，你可能注意到重复出现的词是“不合适的”。它的意思是说：当在缺乏足够的泛型和过度工程之间做出平衡时，应该好好的判断。
剖析泛型回调
2. 以下代码代表了一个有趣的、有用的惯用法来包装回调函数。请参看原文章来获得更详细的解释。[Kalev01]
再看一下代码：
template < class T, void (T::*F)() >
class callback
{
public:
callback(T& t) : object(t) {} // assign actual object to T
void execute() {(object.*F)();} // launch callback function
private:
T& object;
};
现在，实际来讲，在这个有两个成员函数，每个成员函数都是一行的简单类中会有多少错误？结果是，这种极端的简单性就是问题的一部分。这个模板类不需要如此的重量级，根本不需要，但是可以用一个稍微轻量级的来代表它。
改善的风格
指正这些代码并标出：
a) 可以改善风格的选择，以使设计满足更多的C++惯用法。
你发现多少瑕疵？这是我总结的：
4. 构造函数应该是explict的。作者可能并不想提供一个隐式的从T到callback<T>的转换。行为良好的类要避免给它的使用者产生潜在的错误。我们确切想要提供的如下：
explicit callback(T& t) : object(t){}//assign actual object to T
尽管我们已经分析了这个特定行，还有一个不是关于设计，而是关于描述的风格问题：
原则：尽量使构造函数是explicit，除非你确实想提供类型转换。
注释是错误的。注释中的“assign”是不正确的，所以导致某些误解。在构造函数中，更正确地是我们绑定T对象的一个引用，并扩展成回调对象。同样，经过了多次重读注释，我还不知道“to T”部分的意思。所以更好的注释将是“绑定实际的对象”
explicit callback(T& t) : object(t) {} // bind actual object
但是，所有注释所表达的正是代码已经表达的，确实非常可笑，它是无用注释的一个很好的例子，所以最好写成如下形式：
explicit callback(T& t) : object(t) {}
5. execute函数因该是const的。毕竟，execute函数并没有对callback<T>对象的状态作任何改动。这有回到了基本的问题：Const正确性可能有点老，但是确实很好。至少自从1980年早期，在C，C++中就已经知道Const正确性的价值。并且它的价值并不会因为我们到了新的千年而消失，也不会应为我们编写大量的模板而消失。
void execute()const{ (object.*F)(); }// launch callback function
原则：正确的使用const。
尽管我们已经分析了execute函数，仍有一个更严重的惯用法问题：
6. execute函数应该被写为operator()。在C++中，惯用法是用函数调用操作符来执行函数风格的操作。因此注释也变得无用了，可以安全的将其删除，因为我们现在的代码已经通过惯用法表达了它自己。
void operator()()const{(object.*F)();}//launch callback function
你可能会吃惊的说“如果我们提供了函数运算符，那它不就是一个函数对象了？”很好的问题，我们继续观察，作为一个函数对象，或许回调的实例应该是可配接的。
原则：提供operator()来代表惯用的函数对象，而不是提供一个名为execute的方法。
陷阱：（惯用法）难道这个回调不应该从std::unary_function继承吗？查看[Meyers01]的条款36来了解关于可配接的更多的讨论，以及为什么通常情况下它一个好的设计。但是，在这里，有两个很好的理由导致callback不应该从std::unary_function继承：
l 它不是单参函数。它不接收参数，单参函数接收一个参数。（void不算）
l 从std::unary_function继承无论如何并不能使之可扩展。下面我们将要看回调或许应该能处理其他不同签名的函数；根据于参数的个数，或许根本没有合适的基类可以继承。例如，如果我们支持三个参数的callback，我们没有std::ternary_function来继承。
派生自std::unary_function或std::binary_function可以提供几个方便的、它所绑定的类型定义，它所依赖的相似的设施，但是这些仅在你准备使用函数对象的这些设施时它才有效。因为回调的自然属性以及它们会被如何使用，不太可能需要这些设施。（对于普通的单参，双参情况，如果将来它们应该可以这么使用，我们后来提到的单参，双参版本应该分别派生自std::unary_function和std::binary_function。）
修正机制错误及限制
b) 限制了设施的可用性。
7. 考虑使回调函数接收一个正常的参数，而不是一个模板参数。非类型模板参数很少使用，因为在编译时如此固定一个类型，能够获得的好处很少。因此我们替换为：
template < class T >
class callback {
public:
typedef void (T::*Func)();
callback(T& t, Func func) : object(t), f(func) {} // bind actual object
void operator()() const { (object.*f)(); } // launch callback function
private:
T& object;
Func f;
};
现在函数可以在运行时被改变，很容易添加一个成员函数以允许用户改变已存回调对象的函数，这在以前的版本中是不可能实现的。
原则：优先使用正常的函数参数，然后是非类型参数。除非它们确实是非类型模板参数。
8. 可以被容器化。如果程序想保存一个回调对象为后来使用，那么它也可能会保存多个对象。如果它想把回调对象放入容器中，比如vector或list中会怎样？现在那是不可能的，因为回调对象不支持operator=，就是说它不能被赋值。为什么不能？因为它包含一个引用，在构造函数中，一旦绑定引用，它就不能再被修改了。
但是指针没有这样的限制，它可以被随意改变。在这种情况下，使用指向对象的指针而不是引用是安全的，并且可以使用编译器产生的拷贝构造函数和赋值运算符。
template < class T >
class callback {
public:
typedef void (T::*Func)();
callback(T& t, Func func) : object(&t), f(func) {} // bind actual object
void operator()() const { (object->*f)(); } // launch callback function
private:
T* object;
Func f;
};
现在，可能有形如list< callback< Widget, &Widget::Somefun > >这样的类型了。
原则：优先是你的对象和容器相兼容。特别的，为了将对象放入容器中，对象必须是可赋值的。
“但是，等一下”，你此时很想知道，“如果我有那样的一个list，为什么我不能有一个任意类型的回调呢？以便我可以记住它们并且当我想执行回调时，我可以随意执行”。实际上，如果你添加一个基类，你就可以那么做了。
9. 允许多态：为回调类型提供一个共通的基类。如果我们想让用户拥有list< callbackbase* >(或者更好list< shared_ptr<callbackbase> >)，我们可以通过提供这样的一个基类来实现，基类中的运算符()什么也不做。
class callbackbase {
public:
virtual void operator()() const { };
virtual ~callbackbase() = 0;
};
callbackbase::~callbackbase() { }
template < class T >
class callback : public callbackbase {
public:
typedef void (T::*Func)();
callback(T& t, Func func) : object(&t), f(func) {} // bind actual object
void operator()() const { (object->*f)(); } // launch callback function
private:
T* object;
Func f;
};
现在，任何人可以保存list< callbackbase* > 并且可以多态的调用元素的运算符()。当然list< shared_ptr<callback> >将更好些；请参见[Sutter02b]。
注意到，添加一个基类是一个权衡，但是却是很小的一个：当通过基类触发回调时，我们增加了两级间接调用的负荷，也就是说一个虚函数调用。但是这个负荷仅仅是通过使用基类时才有。不使用基类接口的代码并不需要为此付出。
原则：如果对你的模板类起作用的话，考虑允许多态以便你的类的不同的实例可以互交换的使用。如果的确起作用，那么为你所有的模板类提供一个共通的基类。
10.(惯用法，权衡)应该有一个辅助函数make_callback来进行类型推导。经过了一段时间使用之后，用户会对为临时对象提供显式模板参数感到厌倦。
list< callback< Widget > > l;
l.push_back( callback<Widget>( w, &Widget::SomeFunc ) );
为什么要写两次Widget？难道编译器不应该知道吗？可是，它不知道，但我们可以帮助它，让它知道此时仅仅需要临时变量。因此我们提供了一个辅助函数，它仅需要一个类型：
list< callback< Widget > > l;
l.push_back( make_callback( w, &Widget::SomeFunc ) );
make_callback和std::make_pair的工作原理相同。make_callback函数应该是一个模板函数，因为这是编译器唯一可以推导的模板参数类型。如下是辅助函数：
template<typename T >
callback<T> make_callback( T& t, void (T::*f) () ) {
return callback<T>( t, f );
}
11.(权衡)添加其他函数签名的支持。我留下这个最大的工作。因为吟游诗人会说“会有更多的函数签名，而不仅仅是void ( T::*F)()!”
原则：避免限制你的模板；避免为具体的类型或为更少的通用类型而硬编码。
如果限制的回调函数签名足够的话，无论如何要在这里结束了。如果我们不需要它，我们就不必将设计引向更复杂。如果我们确实需要它，我们将不得不将设计引向更复杂。
我不会写出所有的代码，因为那非常乏味。我所做的只是概要的描述你必须做的工作，以及如何做。
首先，常成员函数怎样？处理它的最容易的方式是提供一个同等的使用const签名的回调，在那个版本中，注意要保存一个执行const对象的指针或引用。
其次，如果函数的返回类型不为void会怎样？最简单的方式是添加另外一个模板参数表示返回类型。
最后，如果回调函数需要接收参数会怎样？再次，添加模板参数，注意也给操作符()添加函数参数。
记着添加新的模版来处理每种潜在数量的回调参数。
探索完毕所有的代码，你不得不限制回调支持的函数参数的个数。或许在将来的C++0x中，我们提供一个想varargs的模版来帮助你处理这些事情，但是现在没有。
总结
把所有的东西放在一起，做些纯粹的风格调整，使用typename，命名规则，以及我比较喜欢的空格规则，这就是我们得到的最终结果：
class CallbackBase {
public:
virtual void operator()() const { };
virtual ~CallbackBase() = 0;
};
CallbackBase::~CallbackBase() { }
template<typename T>
class Callback : public CallbackBase {
public:
typedef void (T::*F)();
Callback( T& t, F f ) : t_(&t), f_(f) { }
void operator()() const { (t_->*f_)(); }
private:
T* t_;
F f_;
};
template<typename T>
Callback<T> make_callback( T& t, void (T::*f) () ) {
return Callback<T>( t, f );
}
