條款41: 區分繼承和模闆
考慮下面兩個設計問題：
· 作為一位立志獻身計算機科學的學生，你想設計一個類來表示對象的堆棧。這将需要多個不同的類，因為每個堆棧中的元素必須是同類的，即，它裡面包含的必須隻是同種類型的對象。例如，會有一個類來表示int的堆棧，第二個類來表示string的堆棧，第三個類來表示string的堆棧的堆棧，等等。你也許對設計一個最小的類接口（參見條款18）很感興趣，是以會将對堆棧的操作限制在：建立堆棧，銷毀堆棧，将對象壓入堆棧，将對象彈出堆棧，以及檢查堆棧是否為空。設計中，你不會借助标準庫中的類（包括stack ---- 參見條款49），因為你渴望親手寫這些代碼。重用（Reuse）是一件美事，但當你的目标是探究事情的工作原理時，那就隻有挖地三尺了。
· 作為一位愛貓的寵物迷，你想設計一個類來表示貓。這也将需要多個不同的類，因為每個品種的貓都會有點不同。和所有對象一樣，貓可以被建立和銷毀，但，正如所有貓迷所知道的，貓所做的其它事不外乎吃和睡。然而，每一種貓吃和睡都有各自惹人喜愛的方式。
這兩個問題的說明聽起來很相似，但卻導緻完全不同的兩種設計。為什麼？
答案涉及到"類的行為" 和 "類所操作的對象的類型"之間的關系。對于堆棧和貓來說，要處理的都是各種不同的類型（堆棧包含類型為T的對象，貓則為品種T），但你必須問自己這樣一個問題：類型T影響類的行為嗎？如果T不影響行為，你可以使用模闆。如果T影響行為，你就需要虛函數，進而要使用繼承。
下面的代碼通過定義一個連結清單來實作Stack類，假設堆棧的對象類型為T：
class Stack {
public:
Stack();
~Stack();
void push(const T& object);
T pop();
bool empty() const; // 堆棧為空?
private:
struct StackNode { // 連結清單節點
T data; // 此節點資料
StackNode *next; // 連結清單中下一節點
// StackNode構造函數，初始化兩個域
StackNode(const T& newData, StackNode *nextNode)
: data(newData), next(nextNode) {}
};
StackNode *top; // 堆棧頂部
Stack(const Stack& rhs); // 防止拷貝和
Stack& operator=(const Stack& rhs); // 指派(見條款27)
};
于是，Stack對象将構造如下所示的資料結構：
Stack對象 top--> data+next--> data+next--> data+next--> data+next
------------------------------------------------------------------------------------
StackNode對象
連結清單本身是由StackNode對象構成的，但那隻是Stack類的一個實作細節，是以StackNode被聲明為Stack的私有類型。注意StackNode有一個構造函數，用來確定它所有的域都被正确初始化。即使你閉着眼睛都可以寫出一個連結清單，但也不要忽視了C++的一些新特性，如struct中的構造函數。
下面看看你對Stack成員函數的實作。和許多原型（prototype）的實作（離制作成軟體産品相差太遠）一樣，這裡沒有錯誤檢查，因為在原型世界裡，沒有東西會出錯。
Stack::Stack(): top(0) {} // 頂部初始化為null
void Stack::push(const T& object)
{
top = new StackNode(object, top); // 新節點放在
} // 連結清單頭部
T Stack::pop()
{
StackNode *topOfStack = top; // 記住頭節點
top = top->next;
T data = topOfStack->data; // 記住節點資料
delete topOfStack;
return data;
}
Stack::~Stack() // 删除堆棧中所有對象
{
while (top) {
StackNode *toDie = top; // 得到頭節點指針
top = top->next; // 移向下一節點
delete toDie; // 删除前面的頭節點
}
}
bool Stack::empty() const
{ return top == 0; }
這些代碼毫無吸引人之處。實際上，唯一有趣的一點在于：即使對T一無所知，你還是能夠寫出每個成員函數。（上面的代碼中實際上有個假設，即，假設可以調用T的拷貝構造函數；但正如條款45所說明的，這是一個絕對合理的假設）不管T是什麼，對構造，銷毀，壓棧，出棧，确定棧是否為空等操作所寫的代碼不會變。除了 "可以調用T的拷貝構造函數" 這一假設外，stack的行為在任何地方都不依賴于T。這就是模闆類的特點：行為不依賴于類型。
将stack類轉化成一個模闆就很簡單了，即使是Dilbert的老闆都會寫：
template<class T> class Stack {
... // 完全和上面相同
};
但是，貓呢？為什麼貓不适合模闆？
重讀上面的說明，注意這一條："每一種貓吃和睡都有各自惹人喜愛的方式"。這意味着必須為每種不同的貓實作不同的行為。不可能寫一個函數來處理所有的貓，所能做的隻能是制定一個函數接口，所有種類的貓都必須實作它。啊哈！衍生一個函數接口的方法隻能是去聲明一個純虛函數（參見條款36）：
class Cat {
public:
virtual ~Cat(); // 參見條款14
virtual void eat() = 0; // 所有的貓吃食
virtual void sleep() = 0; // 所有的貓睡覺
};
Cat的子類 ---- 比如，Siamese和BritishShortHairedTabby ---- 當然得重新定義繼承而來的eat和sleep函數接口：
class Siamese: public Cat {
public:
void eat();
void sleep();
...
};
class BritishShortHairedTabby: public Cat {
public:
void eat();
void sleep();
...
};
好了，現在知道了為什麼模闆适合Stack類而不适合Cat類，也知道了為什麼繼承适合Cat類。唯一剩下的問題是，為什麼繼承不适合Stack類。想知道為什麼，不妨試着去聲明一個Stack層次結構的根類 ---- 所有其它的堆棧類都從這個唯一的類繼承：
class Stack { // a stack of anything
public:
virtual void push(const ??? object) = 0;
virtual ??? pop() = 0;
...
};
現在問題很明顯了。該為純虛函數push和pop聲明什麼類型呢？記住，每一個子類必須重新聲明繼承而來的虛函數，而且參數類型和傳回類型都要和基類的聲明完全相同。不幸的是，一個int堆棧隻能壓入和彈出int對象，而一個Cat堆棧隻能壓入和彈出Cat對象。Stack類要怎樣聲明它的純虛函數才能使使用者既可以建立出int堆棧又可以建立出Cat堆棧呢？冷酷而嚴峻的事實是，做不到。這就是為什麼說繼承不适合建立堆棧。
但也許你做事喜歡偷偷摸摸。或許你認為自己可以通過使用通用(void*)指針來騙過編譯器。但事實證明，現在這種情況下，通用指針也幫不上忙。因為你無法避開這一條件：派生類虛函數的聲明永遠不能和它在基類中的聲明相抵觸。但是，通用指針可以幫助解決另外一個不同的問題，它和模闆所生成的類的效率有關。詳細介紹參見條款42。
講完了堆棧和貓，下面将本條款得到的結論總結如下：
· 當對象的類型不影響類中函數的行為時，就要使用模闆來生成這樣一組類。
· 當對象的類型影響類中函數的行為時，就要使用繼承來得到這樣一組類。
真正消化了以上兩點的含義，你就可以在設計中遊刃于繼承或模闆之間。
![swmm與lisflood-fp源碼如何一起編譯 CMake指令[圖]](data:image/gif;base64,R0lGODlhAQABAIAAAP///wAAACwAAAAAAQABAAACAkQBADs=)