Effective C++ 规则41：了解隐式接口和编译期多态

1、隐式接口

C++ 中的 隐式接口 是指类或者模板中不显式声明为接口的一部分，但仍然可以像接口一样使用的成员或方法。隐式接口通常指那些不显式声明为虚函数的函数或者方法，但在多态上下文中仍然能表现出类似接口的行为。
隐式接口通常出现在模板编程中，尤其是 模板类型推导、SFINAE（Substitution Failure Is Not An Error） 技术或者 类型特性（type traits）等编译期机制中。它使得类和函数可以灵活地与多种类型协作，而无需显式继承或声明接口。考虑下面的例子：

// 隐式接口的示例：类的模板
template <typename T>
class Printer {
public:
    void print(const T& value) {
        value.print();  // 假设 T 类型有一个 print() 方法
    }
};

这里的 Printer 类依赖于类型 T 是否有 print() 方法。这并没有显式声明接口，但是如果类型 T 提供了 print() 方法，那么 Printer 就能使用它。这就是隐式接口的一个示例：Printer 并不直接约束 T 必须实现 print() 方法，但只要 T 提供了 print()，它就能在 Printer 中使用。

class A {
public:
    void print() const {
        std::cout << "Class A" << std::endl;
    }
};

class B {
public:
    void print() const {
        std::cout << "Class B" << std::endl;
    }
};

int main() {
    Printer<A> printerA;
    printerA.print(A());  // 输出 "Class A"
    
    Printer<B> printerB;
    printerB.print(B());  // 输出 "Class B"
}

这个例子中，A 和 B 类型并没有显式实现一个共同的接口或基类，但是 Printer 类可以接受这两个类型，并且调用它们的 print() 方法。这就是通过隐式接口实现的行为。

2、编译时多态

C++ 的 编译期多态（compile-time polymorphism）是指通过模板和编译期特性（如模板特化、SFINAE 等）在编译时进行的多态性选择。在编译期就根据类型特征来决定具体的行为，从而实现类似运行时多态的灵活性，但这种多态性是在编译时决定的。编译期多态最常见的实现方式是使用 模板特化 或 constexpr 函数。与运行时多态（基于虚函数）不同，编译期多态在编译时已经确定了所有类型和行为，因此非常高效，不需要运行时的动态派发开销。考虑下面的例子：

template <typename T>
void print_type(const T& value) {
    std::cout << "Unknown type" << std::endl;
}

template <>
void print_type<int>(const int& value) {
    std::cout << "Integer: " << value << std::endl;
}

template <>
void print_type<double>(const double& value) {
    std::cout << "Double: " << value << std::endl;
}

int main() {
    print_type(42);         // 输出 "Integer: 42"
    print_type(3.14);       // 输出 "Double: 3.14"
    print_type("Hello");    // 输出 "Unknown type"
}

在这个例子中，print_type 函数通过模板特化实现了编译期的多态行为。虽然没有虚函数和继承，但编译器会根据传入的类型选择适当的特化版本。这种方法在编译时决定了调用哪个函数，效率很高。

3、编译期多态和类型特性

C++11 引入的 类型特性（type traits） 使得编译期多态变得更加灵活。类型特性允许你在编译时对类型进行检查，从而根据不同的类型执行不同的操作。例如，我们可以使用 std::is_integral 来检查类型是否为整数类型：

#include <iostream>
#include <type_traits>

template <typename T>
void print_type(const T& value) {
    if (std::is_integral<T>::value) {
        std::cout << "Integer: " << value << std::endl;
    } else {
        std::cout << "Not an integer" << std::endl;
    }
}

int main() {
    print_type(42);         // 输出 "Integer: 42"
    print_type(3.14);       // 输出 "Not an integer"
}

在这个例子中，std::is_integral::value 是一个编译时常量，决定了是否执行整数类型的逻辑。这就是编译期多态的一种形式，利用类型特性在编译阶段就选择不同的代码路径，而不是依赖运行时的动态类型。

4、隐式接口与编译期多态的关系

• 隐式接口 允许我们在不显式声明接口的情况下，实现不同类型的多态行为。这使得我们的代码更加通用，可以与多种类型协作，而无需强制每个类型都实现某个显式的接口。
• 编译期多态 通过模板编程和类型特性等机制在编译时选择不同的行为。这种选择是静态的，避免了运行时的性能开销，同时也让我们能够在编译时确定最合适的实现。

5、个人体会

读完规则41，我意识到，在 C++ 中，灵活的多态性不仅仅限于传统的基类与虚函数机制，还可以通过模板编程、类型特性等技术在编译时实现。隐式接口使得代码更加通用，编译期多态则通过静态选择提高了性能。