C++程序的设计机制1NVI机制

在C++的程序设计中有一些设计开发的典型机制需要整理讨论，在此抛砖引玉，为自己做积累，请高人也多多指教。

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1.简介

在标准C++库中我们可以看到这样的一个现象：

6个公有虚函数，并且都是std::exception::what()和其重载。

142个非公有虚函数。

这样设计的目的何在呢，为什么“多此一举”的把虚函数设置为非公有呢？

这就是NVI机制要求的：将虚函数声明为非公有，而将公有函数都声明为非虚——虚拟和公有选其一。

2.机制分析

程序员常常将基类中的虚函数公有化，来提供一个接口的定义（virtual的功劳）同时提供其实现（具体的一个实现）。

 
 
 

  
  
  
class Base{  
  
  
  
public:  
  
  
  
virtual void Foo(int){  
  
  
  
cout<< "Base's Foo!" << endl;  
  
  
  
};  
  
  
  
}; 
 
 
 

问题就出在“同时”——一个定义了接口的形式，一个定义了默认的一个实现，显然这样的设计没有将接口定义和实现分来。在这个时候，我们可以使用模板方法模式的思想：

 
 
 

  
  
  
class Base{  
  
  
  
public:  
  
  
  
void Foo(){  
  
  
  
DoFoo1();  
  
  
  
DoFoo2();  
  
  
  
}//use DoFooX()  
  
  
  
private:  
  
  
  
virtual void DoFoo1(){  
  
  
  
cout << "Base's DoFoo1" <  
  
  
}  
  
  
  
virtual void DoFoo2(){  
  
  
  
cout << "Base's DoFoo2" <  
  
  
}  
  
  
  
};  
  
  
  
class Derived: public Base{  
  
  
  
private:  
  
  
  
virtual void DoFoo1(){  
  
  
  
cout << "Derived's DoFoo1" << endl;  
  
  
  
};  
  
  
  
}; 
 
 
 

函数Foo定义了接口的形式，而DoFooX()函数则实现了对Foo函数的行为定制，实现了接口定义和实现的分离，我们举一个例子来说明好处：如果我们希望在Foo中做一下CS（Critical Section）的加锁解锁控制：

若我们完成这样的接口与实现分离，那么我们的实现是在基类的接口处添加所需流程即可，子类不需要修改：

 
 
 

  
  
  
class Base{  
  
  
  
public:  
  
  
  
void Foo(){  
  
  
  
cout << "Locking" << endl;  
  
  
  
DoFoo1();  
  
  
  
DoFoo2();  
  
  
  
cout << "Unlocking" << endl;  
  
  
  
}//use DoFooX()  
  
  
  
private:  
  
  
  
virtual void DoFoo1(){  
  
  
  
cout << "Base's DoFoo1" <  
  
  
}  
  
  
  
virtual void DoFoo2(){  
  
  
  
cout << "Base's DoFoo2" <  
  
  
}  
  
  
  
};  
  
  
  
class Derived: public Base{  
  
  
  
private:  
  
  
  
virtual void DoFoo1(){  
  
  
  
cout << "Derived's DoFoo1" << endl;  
  
  
  
};  
  
  
  
}; 
 
 
 

若不实现接口与实现分离，则从基类到子类都需要修改：

 
 
 

  
  
  
class Base{  
  
  
  
public:  
  
  
  
virtual void Foo(){  
  
  
  
cout << "Locking" << endl;  
  
  
  
cout << "Base's Foo" << endl;  
  
  
  
cout << "Unlocking" << endl;  
  
  
  
}  
  
  
  
};  
  
  
  
class Derived: public Base{  
  
  
  
public:  
  
  
  
virtual void Foo(){  
  
  
  
cout << "Locking" << endl;  
  
  
  
cout << "Derived's Foo" << endl;  
  
  
  
cout << "Unlocking" << endl;  
  
  
  
};  
  
  
  
}; 
 
 
 

注意，当且仅当子类需要调用基类的虚函数时才将虚函数设置为protected（否则没有权限），并且NVI机制不适用于析构函数，对于析构函数，如果设为公有则应该设置为虚拟（在允许多态删除的基类中），否则设置为私有或者protected的非虚拟形式（不含多态删除的基类中）。

带来的风险：

首先是FBC问题（Fragile Base Class ），下边是一个例子：

 
 
 

  
  
  
class Set {  
  
  
  
std::set s_;  
  
  
  
public:  
  
  
  
void add (int i) {  
  
  
  
s_.insert (i);  
  
  
  
add_impl (i); // Note virtual call.  
  
  
  
}  
  
  
  
void addAll (int * begin, int * end) {  
  
  
  
s_.insert (begin, end); // --------- (1)  
  
  
  
addAll_impl (begin, end); // Note virtual call.  
  
  
  
}  
  
  
  
private:  
  
  
  
virtual void add_impl (int i) = 0;  
  
  
  
virtual void addAll_impl (int * begin, int * end) = 0;  
  
  
  
};  
  
  
  
class CountingSet : public Set {  
  
  
  
private:  
  
  
  
int count_;  
  
  
  
virtual void add_impl (int i) {  
  
  
  
count_++;  
  
  
  
}  
  
  
  
virtual void addAll_impl (int * begin, int * end) {  
  
  
  
count_ += std::distance(begin,end);  
  
  
  
}  
  
  
  
}; 
 
 
 

如果此时我们在父类中修改了addAll函数，改为将从begin到end的数字都调用一遍add函数，那么，子类的功能就紊乱了——子类计数就会多记录一倍（因为在子类中，add_impl每次都会计数一个，并且addAll_impl也会整体计数一次）。所以，为了防止出现FBC，一般一个公有非虚函数调用一个私有虚函数。

其次是性能上的考虑，毕竟多了一层函数调用。

3.总结

将NVI机制放在脑子中吧，如果你还是不明白，一个故事化的讲述或许更加合适你。

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