为什么没有“Iterable” STL 中的接口？

Question

C++ STL 似乎并不经常使用纯抽象基类（也称为接口）。我知道大多数事情都可以通过 STL 算法或巧妙的模板元编程来实现。

，对于某些用例（例如，在 API 中，如果我不想具体说明我获得的容器的类型，而只想具体说明它包含的元素），以下形式的接口会很好：

template<typename T> struct forward_iterable {
    struct iterator {
        typedef T  value_type;
        typedef T& reference;
        typedef T* pointer;
        virtual reference operator*() const = 0;
        virtual pointer operator->() const = 0;
        virtual bool operator==(const iterator&) const = 0;
        virtual bool operator!=(const iterator&) const = 0;
        virtual operator const_iterator() const = 0;
        virtual iterator& operator++() = 0;
        virtual iterator  operator++(int) = 0;
    };
    struct const_iterator { ... };  // similar, but with const references

    virtual iterator begin() = 0;
    virtual const_iterator begin() const = 0;
    virtual iterator end() = 0;
    virtual const_iterator end() const = 0;
};

但是 STL 容器将此类实现为非虚拟函数，在我看来，这不会影响性能（如果我直接使用容器而不是通过此接口）。那么为什么STL中的“接口”这么少呢？或者我只是用“Java”术语想得太多了？

Answer 1

STL（标准库的子集）根本不使用 OOP（如运行时多态性），这是设计使然。

根据您的设计，按值返回迭代器不会出现问题（协方差不适用于值类型）吗？也就是说，整个事情是否不可避免地必须依赖静态成员（可以通过引用返回）或堆分配的迭代器？后者在非垃圾收集语言中显得相当尴尬。

您所描述的（在值类型上模板化的迭代器）可以使用称为类型擦除的技术来实现（您可以在那里找到 any_iterator 实现），就像 boost 的 function 一样和任何类型。

基本思想是：

 //less templated interface
 template <class T>
 class any_iterator_base
 {
     virtual void increment() = 0;
     /*...*/
 };

 //derived class templated on iterator type
 template <class Iter, class T>
 class any_iterator_impl: public any_iterator_base<T>
 {
     Iter it;
     virtual void increment() { ++it; }
     /*...*/
 };

 //and a class for the user which makes it all act like a regular value type
 template <class T>
 class any_iterator
 {
     shared_ptr<any_iterator_base<T> > it;
 public:
     template <class Iter>
     any_iterator(Iter iterator): it(new any_iterator_impl<Iter, T>(iterator)) {}
     any_iterator& operator++() { it->increment(); return *this; }
     //...
 };

 int main()
 {
      std::vector<int> vec;
      any_iterator<int> it = vec.begin();
      //...
 }

它可能比这更复杂（例如，需要做一些关于描述和强制迭代器类别的事情？，比较两个any_iterators如何工作（双重调度/RTTI？））。

Answer 2

在 STL 中看不到很多“接口”风格的抽象基类的原因是它非常依赖 C++ 模板。当您使用 C++ 模板时，几乎任何类，无论其出身是什么，只要它支持模板尝试使用的所有方法，都可以使用。

有某种隐含的接口，但实际上没有必要将其写出来。在我自己的编码中，我倾向于编写一个无论如何，只是为了方便用户，但这不是 STL 编写者的工作方式。

Answer 3

STL 结构在定义时并未考虑继承。为任何 stl 集合的子类化提供一个好的案例并不容易。考虑到这一点，stl 不会让您“支付”任何可能与普通类继承相关的成本。如果要使用虚拟方法，则优化器无法内联它们。

此外，STL 希望与不可能从顶级抽象基类继承的事物（例如数组）兼容。