C++ 接口(interface)与模板

Question

对于同一个问题，我有 2 个解决方案 - 从一个“ Controller ”对使用的对象进行某种回调，但我不知道该选择什么。

解决方案 1:使用接口(interface)

struct AInterface
{
    virtual void f() = 0;
};

struct A : public AInterface
{
    void f(){std::cout<<"A::f()"<<std::endl;}
};

struct UseAInterface
{
    UseAInterface(AInterface* a) : _a(a){}
    void f(){_a->f();}

    AInterface* _a;
};

解决方案 2:使用模板

struct A
{
    void f(){std::cout<<"A::f()"<<std::endl;}
};

template<class T>
struct UseA
{
    UseA(T* a) : _a(a){}
    void f(){_a->f();}

    T* _a;
};

这只是一个简单的示例来说明我的问题。在现实世界中，接口(interface)将具有多个功能，一个类可能(并且将会!)实现多个接口(interface)。

代码不会用作外部项目的库，我不必隐藏模板实现 - 我这样说是因为如果我需要隐藏“ Controller ”实现，第一种情况会更好。

能否请您告诉我每种情况的优缺点以及更好用的方法？

Answer 1

在我看来，性能应该忽略(不是真的，但微优化应该)，直到你有理由这样做。如果没有一些硬性要求(这是一个占用大部分 CPU 的紧密循环，接口(interface)成员函数的实际实现非常小......)即使不是不可能也很难注意到差异。

所以我会专注于更高的设计水平。 UseA 中使用的所有类型共享一个共同的基础是否有意义？他们真的有关系吗？类型之间是否存在明确的 is-a 关系？那么 OO 方法可能会奏效。他们是无关的吗？也就是说，它们是否具有某些共同特征，但没有可以建模的直接 is-a 关系？选择模板方法。

模板的主要优点是您可以使用不符合特定且精确的继承层次结构的类型。例如，您可以将任何内容存储在可复制构造的 vector 中(在 C++11 中可移动构造)，但 int 和 Car 在任何方面都没有真正的关联。这样，您可以减少与 UseA 类型一起使用的不同类型之间的耦合。

模板的一个缺点是每个模板实例化都是不同的类型，与从同一基本模板生成的其余模板实例化无关。这意味着你不能将 UseA<A> 和 UseA<B> 存储在同一个容器中，会有 code-bloat(UseA<int>::foo 和 UseA<double>::foo 都是在二进制文件中生成的)，更长的编译时间(即使不考虑额外的功能，使用 UseA<int>::foo 的两个翻译单元都将生成相同的函数，链接器将不得不丢弃其中一个)。

关于其他答案声称的性能，它们在某种程度上是正确的，但大多数都忽略了重点。选择模板而不是动态分派(dispatch)的主要优点不是动态分派(dispatch)的额外开销，而是编译器可以内联小函数这一事实(如果函数定义本身是可见的)。

如果函数没有内联，除非函数只需要很少的周期来执行，否则函数的总成本将超过动态调度的额外成本(即调用中的额外间接和 this 的可能偏移量多/虚拟继承情况下的指针)。如果函数做了一些实际的工作，和/或它们不能被内联，它们将具有相同的性能。

即使在少数情况下，一种方法与另一种方法的性能差异是可以测量的(假设函数只需要两个周期，因此分派(dispatch)会使每个函数的成本加倍)，如果此代码是80% 的代码占用不到 20% 的 CPU 时间，并且说这段特定的代码占用了 1% 的 CPU必须只需要一两个周期!)然后您说的是 1 小时程序运行中的 30 秒。再次检查前提，在 2GHz cpu 上，1% 的时间意味着该函数必须每秒调用超过 1000 万次。

以上所有内容都是在挥手，并且与其他答案的方向相反(即，存在一些不精确可能会使差异看起来比实际要小，但现实更接近于此比一般答案动态调度会使你的代码变慢。