Warum gibt es in C ++ keine Basisklasse?

Kurze Frage: Aus gestalterischer Sicht gibt es in C ++ keine Basisklasse für alle Mutter, was normalerweise objectin anderen Sprachen der Fall ist.

Die endgültige Entscheidung finden Sie in den FAQs von Stroustrup . Kurz gesagt, es vermittelt keine semantische Bedeutung. Es wird Kosten haben. Vorlagen sind für Container nützlicher.

Warum hat C ++ kein universelles Klassenobjekt?

• Wir brauchen keine: Generische Programmierung bietet in den meisten Fällen statisch typsichere Alternativen. Andere Fälle werden mit Mehrfachvererbung behandelt.

• Es gibt keine nützliche universelle Klasse: Eine wirklich universelle Klasse trägt keine eigene Semantik.

• Eine "universelle" Klasse fördert das schlampige Denken über Typen und Schnittstellen und führt zu einer übermäßigen Laufzeitprüfung.

• Die Verwendung einer universellen Basisklasse bedeutet Kosten: Objekte müssen Heap-zugeordnet sein, um polymorph zu sein. das impliziert Speicher- und Zugriffskosten. Heap-Objekte unterstützen natürlich keine Kopiersemantik. Heap-Objekte unterstützen kein einfaches Verhalten mit Gültigkeitsbereich (was die Ressourcenverwaltung erschwert). Eine universelle Basisklasse empfiehlt die Verwendung von dynamic_cast und anderen Laufzeitprüfungen.

Lassen Sie uns zunächst darüber nachdenken, warum Sie überhaupt eine Basisklasse haben möchten. Ich kann mir ein paar verschiedene Gründe vorstellen:

1. Unterstützung generischer Operationen oder Sammlungen, die für Objekte eines beliebigen Typs geeignet sind.
2. Um verschiedene Verfahren einzuschließen, die allen Objekten gemeinsam sind (z. B. Speicherverwaltung).
3. Alles ist ein Objekt (keine Grundelemente!). Einige Sprachen (wie Objective-C) haben dies nicht, was die Dinge ziemlich chaotisch macht.

Dies sind die beiden guten Gründe, warum Sprachen der Marken Smalltalk, Ruby und Objective-C Basisklassen haben (technisch gesehen hat Objective-C keine Basisklasse, aber in jeder Hinsicht).

Für # 1 wird die Notwendigkeit einer Basisklasse, die alle Objekte unter einer einzigen Schnittstelle vereint, durch die Aufnahme von Vorlagen in C ++ vermieden. Zum Beispiel:

void somethingGeneric(Base);

Derived object;
somethingGeneric(object);

ist unnötig, wenn Sie die Typintegrität durch parametrischen Polymorphismus vollständig aufrechterhalten können!

template <class T>
void somethingGeneric(T);

Derived object;
somethingGeneric(object);

Während in Objective-C Speicherverwaltungsprozeduren Teil der Implementierung einer Klasse sind und von der Basisklasse geerbt werden, wird die Speicherverwaltung in C ++ eher durch Komposition als durch Vererbung durchgeführt. Sie können beispielsweise einen Smart Pointer Wrapper definieren, der die Referenzzählung für Objekte eines beliebigen Typs durchführt:

template <class T>
struct refcounted
{
  refcounted(T* object) : _object(object), _count(0) {}

  T* operator->() { return _object; }
  operator T*() { return _object; }

  void retain() { ++_count; }

  void release()
  {
    if (--_count == 0) { delete _object; }
  }

  private:
    T* _object;
    int _count;
};

Anstatt Methoden für das Objekt selbst aufzurufen, würden Sie dann Methoden in seinem Wrapper aufrufen. Dies ermöglicht nicht nur eine allgemeinere Programmierung, sondern ermöglicht es Ihnen auch, Bedenken zu trennen (da Ihr Objekt im Idealfall mehr darüber nachdenken sollte, was es tun sollte, als darüber, wie sein Speicher in verschiedenen Situationen verwaltet werden sollte).

Schließlich in einer Sprache, die sowohl Grundelemente als auch tatsächliche Objekte wie C ++ enthält, die Vorteile einer Basisklasse (eine konsistente Schnittstelle für alle Wert) verloren, da Sie dann bestimmte Werte haben, die dieser Schnittstelle nicht entsprechen können. Um Primitive in einer solchen Situation zu verwenden, müssen Sie sie in Objekte heben (wenn Ihr Compiler dies nicht automatisch tut). Dies verursacht viele Komplikationen.

Die kurze Antwort auf Ihre Frage: C ++ hat keine Basisklasse, da dies aufgrund des parametrischen Polymorphismus durch Vorlagen nicht erforderlich ist.

Das vorherrschende Paradigma für C ++ - Variablen ist Pass-by-Value, nicht Pass-by-Ref. Erzwingen, dass alles von einer Wurzel abgeleitet wirdObject würde das Übergeben als Wert ipse facto zu einem Fehler machen.

(Weil das Akzeptieren eines Objekts nach Wert als Parameter es per Definition in Scheiben schneiden und seine Seele entfernen würde).

Das ist nicht erwünscht. In C ++ überlegen Sie, ob Sie eine Wert- oder Referenzsemantik wünschen, und haben die Wahl. Dies ist eine große Sache im Performance Computing.

Das Problem ist, dass es in C ++ einen solchen Typ gibt! Es ist void. :-) Jeder Zeiger kann sicher implizit auf geworfen werdenvoid * , einschließlich Zeiger auf Basistypen, Klassen ohne virtuelle Tabelle und Klassen mit virtueller Tabelle.

Da es mit all diesen Objektkategorien kompatibel sein sollte, voidkann es selbst keine virtuellen Methoden enthalten. Ohne virtuelle Funktionen und RTTI können keine nützlichen Informationen zum Typ abgerufen werden void(sie stimmen mit JEDEM Typ überein, können also nur Dinge sagen, die für JEDEN Typ zutreffen), aber virtuelle Funktionen und RTTI würden einfache Typen sehr unwirksam machen und C ++ daran hindern, zu sein Eine Sprache, die für Low-Level-Programmierung mit direktem Speicherzugriff usw. geeignet ist.

Es gibt also einen solchen Typ. Es bietet nur eine sehr minimalistische (tatsächlich leere) Oberfläche, da die Sprache nur ein niedriges Niveau aufweist. :-)

C ++ ist eine stark typisierte Sprache. Es ist jedoch verwunderlich, dass es im Rahmen der Vorlagenspezialisierung keinen universellen Objekttyp gibt.

Nehmen Sie zum Beispiel das Muster

template <class T> class Hook;
template <class ReturnType, class ... ArgTypes>
class Hook<ReturnType (ArgTypes...)>
{
   ...
   ReturnType operator () (ArgTypes... args) { ... }
};

was als instanziiert werden kann

Hook<decltype(some_function)> ...;

Nehmen wir nun an, wir wollen dasselbe für eine bestimmte Funktion. Mögen

template <auto fallback> class Hook;
template <auto fallback, class ReturnType, class ... ArgTypes>
class Hook<ReturnType fallback(ArgTypes...)>
{
   ...
   ReturnType operator () (ArgTypes... args) { ... }
};

mit der spezialisierten Instanziierung

Hook<some_function> ...

Aber leider gibt es, obwohl Klasse T vor der Spezialisierung für jeden Typ (Klasse oder nicht) stehen kann, kein Äquivalent auto fallback(ich verwende diese Syntax als die offensichtlichste generische Nicht-Typ-Syntax in diesem Zusammenhang), das für jeden stehen könnte Nicht typisiertes Vorlagenargument vor der Spezialisierung.

Im Allgemeinen wird dieses Muster also nicht von Typvorlagenvorlagenargumenten auf Nicht-Typvorlagenvorlagenargumente übertragen.

Wie bei vielen Ecken in der C ++ - Sprache lautet die Antwort wahrscheinlich "kein Ausschussmitglied hat daran gedacht".

C ++ wurde ursprünglich "C mit Klassen" genannt. Es ist eine Weiterentwicklung der C-Sprache, im Gegensatz zu einigen anderen moderneren Dingen wie C #. Und Sie können C ++ nicht als Sprache sehen, sondern als Grundlage von Sprachen (Ja, ich erinnere mich an das Scott Meyers-Buch Effective C ++).

C selbst ist eine Mischung aus Sprachen, der Programmiersprache C und ihrem Präprozessor.

C ++ fügt eine weitere Mischung hinzu:

• der Klassen- / Objektansatz

• Vorlagen

• die STL

Ich persönlich mag einige Sachen nicht, die direkt von C nach C ++ kommen. Ein Beispiel ist die Aufzählungsfunktion. Die Art und Weise, wie C # es dem Entwickler ermöglicht, es zu verwenden, ist viel besser: Es begrenzt die Aufzählung in seinem eigenen Bereich, hat eine Count-Eigenschaft und ist leicht iterierbar.

Da C ++ mit C nachträglich kompatibel sein wollte, war der Designer sehr tolerant, die C-Sprache in C ++ vollständig eingeben zu lassen (es gibt einige subtile Unterschiede, aber ich erinnere mich an nichts, was Sie mit einem C-Compiler tun könnten, den Sie verwenden konnte nicht mit einem C ++ - Compiler tun).