C 箴言：考虑可选的虚拟函数的替代方法

　现在您工作在一个视频游戏上，您在游戏中为角色设计了一个 hierarchy（继承体系）。您的游戏中有着变化多端的恶劣环境，角色被伤害或其他的健康状态降低的情况并不罕见。因此您决定提供一个 member function（成员函数）healthValue，他返回一个象征角色健康状况如何的整数。因为不同的角色计算健康值的方法可能不同，将 healthValue 声明为 virtual（虚拟）似乎是显而易见的设计选择：

class GameCharacter { public: virtual int healthValue() const; // return character's health rating; ... // derived classes may redefine this };

　　healthValue 没有被声明为 pure virtual（纯虚）的事实暗示这里有一个计算健康值的缺省算法。

　　这确实是个显而易见的设计选择，而在某种意义上，这是他的缺点。因为这样的设计过于显而易见，您可能不会对他的其他可选方法给予足够的关注。为了帮助您脱离 object-oriented design（面向对象设计）的习惯性道路，我们来考虑一些处理这个问题的其他方法。

　　经由非虚拟接口惯用法实现的模板方法模式

　　我们以一个主张 virtual functions（虚拟函数）应该几乎总是为 private（私有的）的有趣观点开始。这一观点的拥护者提出：一个较好的设计应该保留作为 public member function（公有成员函数）的 healthValue，但应将他改为 non-virtual（非虚拟的）并让他调用一个 private virtual function（私有虚拟函数）来做真正的工作，也就是说，doHealthValue：

class GameCharacter { public: int healthValue() const // derived classes do not redefine { // this - see Item 36 ... // do "before" stuff - see below int retVal = doHealthValue(); // do the real work ... // do "after" stuff - see below return retVal; } ... private: virtual int doHealthValue() const // derived classes may redefine this { ... // default algorithm for calculating } // character's health };

　　在这个代码(连同本文的其他代码）中，我在类定义中展示 member functions（成员函数）的本体。这会将他们隐式声明为 inline（内联）。我用这种方法展示代码仅仅是这样更易于看到他在做些什么。我所描述的设计和是否 inline 化无关，所以不必深究 member functions（成员函数）定义在类的内部有什么意味深长的含义。根本没有。

　　这个基本的设计——让客户通过 public non-virtual member functions（公有非虚拟成员函数）调用 private virtual functions（私有虚拟函数）——被称为 non-virtual interface (NVI) idiom（非虚拟接口惯用法）。这是个更通用的被称为 Template Method（一个模式，很不幸，和 C templates（模板）无关）的 design pattern（设计模式）的特别形式。我将那个 non-virtual function（非虚拟函数）（例如，healthValue）称为 virtual function's wrapper（虚拟函数的外壳）。

　　NVI idiom（惯用法）的一个优势通过 "do 'before' stuff" 和 "do 'after' stuff" 两个注释在代码中标示出来。这些注释标出的代码片断在做真正的工作的 virtual function（虚拟函数）之前或之后调用。这就意味着那个 wrapper（外壳）能够确保在 virtual function（虚拟函数）被调用前，特定的背景环境被配置，而在调用结束之后，这些背景环境被清理。例如，"before" stuff 能够包括锁闭一个 mutex（互斥体），生成一条日志条目，校验类变量和函数的 preconditions（前提条件）是否被满足，等等。"after" stuff 能够包括解锁一个 mutex（互斥体），校验函数的 postconditions（结束条件），类不变量的恢复，等等。假如您让客户直接调用 virtual functions（虚拟函数），确实没有好的方法能够做到这些。

　　涉及 derived classes（派生类）重定义 private virtual functions（私有虚拟函数）（这些重定义函数他们不能调用！）的 NVI idiom 可能会搅乱您的头脑。这里没有设计上的矛盾。重定义一个 virtual function（虚拟函数）指定如何做某些事。调用一个 virtual function（虚拟函数）指定什么时候去做。互相之间没有关系。NVI idiom 允许 derived classes（派生类）重定义一个 virtual function（虚拟函数），这样就给了他们控制功能如何实现的能力，但是 base class（基类）保留了决定函数何时被调用的权利。乍一看很奇怪，但是 C 规定 derived classes（派生类）能够重定义 private inherited virtual functions（私有的通过继承得到的函数）是很明智的。

　　在 NVI idiom 之下，virtual functions（虚拟函数）成为 private（私有的）并不是绝对必需的。在一些 class hierarchies（类继承体系）中，一个 virtual function（虚拟函数）的 derived class（派生类）实现被期望调用其 base class（基类）的对应物，而为了这样的调用能够合法，虚拟必须成为 protected（保护的），而非 private（私有的）。有时一个 virtual function（虚拟函数）甚至必须是 public（公有的）（例如，polymorphic base classes（多态基类）中的 destructors（析构函数）），但这样一来 NVI idiom 就不能被真正应用。

　　经由函数指针实现的策略模式

　　NVI idiom 是 public virtual functions（公有虚拟函数）的有趣的可选替代物，但从设计的观点来看，他比装点门也多不了多少东西。毕竟，我们还是在用 virtual functions（虚拟函数）来计算每一个角色的健康值。一个更引人注目的设计主张认为计算一个角色的健康值不依赖于角色的类型——这样的计算根本无需成为角色的一部分。例如，我们可能需要为每一个角色的 constructor（构造函数）传递一个指向健康值计算函数的指针，而我们能够调用这个函数进行实际的计算：

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