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我们并不能总能选择自己想使用的接口。例如#xff0c;我宁愿让我的车自己开车送我去目的地#xff0c;而不必把100%的注意力放在道路和开车在我旁边的危险疯子身上。软件也是如此:有时你并不是真… 空对象 空对象场景 空对象共享指针不是空对象改进设计隐式空对象总结 空对象
我们并不能总能选择自己想使用的接口。例如我宁愿让我的车自己开车送我去目的地而不必把100%的注意力放在道路和开车在我旁边的危险疯子身上。软件也是如此:有时你并不是真的想要某一项功能但它是内置在接口里的。那么你会怎么做呢?创建一个空对象。
场景
假设继承了使用下列接口的库
struct Logger
{virtual ~Logger() default;virtual void info(const string s) 0;virtual void warn(const string s) 0;
}这个库使用下面的接口来操作银行账户
struct BankAccount
{std::shared_ptrLogger log;string name;int balance 0;BankAccount(const std::share_ptrLogger logger, const string name, int balance):log{ logger },name{ name },balance {balance}{// more members here}
};事实上BankAccount可以拥有如下的成员函数:
void BankAccount::deposit(int amount)
{balance amount;log-info((Deposited $ lexical_caststring(amount) to name , balance is now $ lexical_caststring(balance));
}好了这个实现有什么吗?如果你确实需要日志记录也没有问题你只需实现自己的日志记录类…
struct ConsoleLogger : Logger
{void info(const string s) override{cout INFO: s endl;}void warn(const string s) override{cout WARNNING!!! s endl;}
};你可以直接使用它。但是如果你根本不想要日志记录呢?
空对象
我们再来仔细看下BankAccount的构造函数
BankAccount(const shared_ptrLogger logger, const string name, int balance)由于构造函数接受一个日志记录器因此传递一个未初始化的shared_ptrBankAccount是不安全的。BankAccout可以使用指针之前在内部检查指针是否为空但你不知道它是否这样做了因为没有额外的文档是不可能知道的。
因此唯一可以传入BankAccount的是一个空对象一个符合接口但不包含功能的类:
struct NullLoggor : Logger
{void info(const string s) override { }void warn(const string s) override { }
};共享指针不是空对象
值得注意的是shared_ptr和其他智能指针类都不是空对象。空对象是保留正确操作(执行无操作)的对象。但是使用对未初始化的智能指针会崩溃会导致程序崩溃
shared_ptrint n;
int x *n 1; // yikes!值得注意的是从调用的角度来看没有办法使智能指针是安全的。换句话说如果foo没有初始化那么foo-bar()会神奇地变成一个空操作那么你不能编写这样的智能指针。原因是前缀*和后缀-操作符只是代理了底层(原始)指针。没有办法对指针做无操作。
改进设计
停下来想一想:如果BankAccount在你的控制之下你能改进接口使它更容易使用吗?这里有一些想法
在所有地方都进行指针检查。这就理清了BankAccount的正确性但并没有消除库使用者的困惑。请记住你仍然没有说明指针可以是空的。添加一个默认实参值类似于const shared_ptrLogger logger no_logging其中no_logging是BankAccount类的某个成员。即使是这样你仍然必须在想要使用对象的每个位置对指针值执行检查使用可选(optional)类型。它的习惯用法是正确的并且可以传达意图但是会导致传入一个optionalshared_ptrT以及随后检查可选项是否为空。
隐式空对象
这里有一个激进的想法需要进行两步操纵。它把涉及到把日志记录过程细分为调用(我们想要一个好的日志记录器接口)和操作(日志记录器实际做的事情)。因此请考虑以下几点
struct OptionalLogger : Logger
{shared_ptrLogger impl;static shared_ptrLogger no_logging;Logger(const shared_ptrLogger logger) : impl { logger } { }virtual void info(const string s) override{if(impl) impl-info(s); // null check here}// and similar checks for other members
};// a static instance of a null object
shared_ptrLogger BankAccount::no_logging{};现在我们已经从实现中抽象出了调用。我们现在要做的是像下面这样重新定义BankAccount构造函数:
shared_ptrOptionalLogger logger;
BankAccount(const string name, int balance, const shared_ptrLogger logger no_logging) : log{ make_sharedOptionalLogger(logger) },name{ name },balance{ balance } { }如您所见这里有一个巧妙的诡计:我们使用一个Logger但存储一个OptionalLogger(这是代理设计模式)。然后对这个可选记录器的所有调用都是安全的-它们只有在底层对象可用时才“发生”:
BankAccount account{ primary account, 1000 };
account.deposit(2000); // no crash上例中实现的代理对象本质上是Pimpl编程技法的自定义版本。
总结
空对象模式提出了一个API设计的问题:我们可以对我们所依赖的对象做什么样的假设?如果我们取一个指针(裸指针或智能指针)那么是否有义务在每次使用时检查该指针
如果你觉得没有这种义务那么用户实现空对象的唯一方法是构造所需接口的无操作实现并将该实例传递进来。也就是说这只适用于函数:例如如果对象的字段也被使用那么你就遇到了真正的麻烦。
如果你想主动支持空对象作为参数传递的想法,你需要明确:要么指定参数类型为std::optional,给参数一个默认值暗示它是一个内置的空对象(例如 no_logging),或只写文档说明什么样的值应当出现在这个位置。
