Участник:Joparino/Barton–Nackman trick

Трюк Бартона—Накмана (англ. Barton–Nackman trick) термин, придуманный комитетом по стандартизации C++ (ISO/IEC JTC1/SC22 WG21) для обозначения идиомы, введённой Джоном Бартоном и Ли Накманом как ограниченное расширение шаблона.

Идиома

Идиома характеризуется определением внутри класса дружественной функции, находящейся в шаблоне базового класса. Это является примером использования рекурсивного шаблона (англ. curiously recurring template pattern, CRTP).

// Шаблон класса для сравнения на равенство.
template<typename T> class equal_comparable {
    friend bool operator==(T const &a, T const &b) { return  a.equal_to(b); }
    friend bool operator!=(T const &a, T const &b) { return !a.equal_to(b); }
};

 // Класс value_type имеет == и !=, поэтому он является производным от
 // equal_comparable с самим собой в качестве аргумента (который является CRTP).
class value_type : private equal_comparable<value_type> {
  public:
    bool equal_to(value_type const& rhs) const; // to be defined
};

Когда создается экземпляр шаблонного класса, такого как equal_comparable, определения друзей в классе создают функции, не являющиеся шаблонными (и не являющиеся членами) (в данном случае функции оператора). На момент появления идиомы (1994) язык C++ не определял частичный порядок для перегруженных шаблонов функций, и, как следствие, перегрузка шаблонов функций часто приводила к неоднозначности. Например, попытка захватить общее определение для operator== как:

template<typename T>
bool operator==(T const &a, T const &b) {
    /* ... */
}

было бы несовместимо с другим определением, таким как:

template<typename T>
bool operator==(Array<T> const &a, Array<T> const &b) {
    /* ... */
}

Таким образом, трюк Бартона–Накмана достигает цели предоставления общего пользовательского оператора равенства без необходимости иметь дело с такими двусмысленностями. Прилагательное ограниченный в названии идиомы относится к тому факту, что предоставленное определение функции в классе ограничено (применяется только) к специализациям данного шаблона класса.

Этот термин иногда ошибочно используется для обозначения рекурсивного шаблона (CRTP). Как объяснялось выше, трюк Бартона–Накмана — это отдельная идиома (которая опирается на CRTP).

Как это работает

Когда компилятор сталкивается с выражением

v1 == v2

Где v1 и v2 имеют тип value_type, компилятор пытается выполнить поиск, зависящий от аргументов (англ. argument-depend lookup, ADL) для operator==. Этот поиск включает в себя рассмотрение дружественных функций, объявленных в value_type и в его базовых классах. (Обратите внимание, что если value_type был неполным экземпляром шаблона, ADL вызовет его полное создание.)

Трюк Бартона-Накмана изначально основывался не на ADL, а на особенности C++ названной "инъекция имени друга", в которой объявление дружественной функции в классе делало имя функции видимым в непосредственно окружающей области пространства имен (возможно, в глобальной области). При исследовании возможности удаления инъекции имени друга из языка программирования C++ было обнаружено, что идиома Бартона и Накмана была признана единственным разумным использованием этого языкового правила. В итоге, были скорректированы правила поиска, зависящего от аргумента, чтобы заменить инъекцию имени друга менее радикальным механизмом, описанным выше, который поддерживал правильность метода Бартона и Накмана. Стоит отметить, что, как следствие этого изменения, выражение:

::operator==(v1,v2)

больше не является допустимым, поскольку квалифицированные имена не подпадают под действие ADL, а объявления друзей не могут быть найдены с помощью обычного поиска. Обратите также внимание, что спецификатор friend необходим, даже если определенные функции друзей на самом деле не нуждаются в доступе к непубличным членам дружественного класса.

См. также:

• Curiously recurring template pattern

Дополнительно

• Vandevoorde, David. C++ Templates: The Complete Guide / David Vandevoorde, Nicolai M. Josuttis, Douglas Gregor. — 2. — Addison-Wesley, 2017. — ISBN 978-0-321-71412-1.

Категория:Идиомы программирования Категория:C++