C++之歌——求泛型给我安慰

编程是艺术，这无可否认。不信的去看看高大爷的书就明白了。艺术对于我们这些成天挤压脑浆的程序员而言，是一味滋补的良药。所以，在这个系列中，每一篇我打算以艺术的形式开头。啊？什么形式？当然是最综合的艺术形式。好吧好吧，就是歌剧。当然，我没办法在一篇技术文章的开头演出一整部歌剧，所以决定用一段咏叹调来作为开始。而且，还会尽量使咏叹调同文章有那么一点关联，不管这关联是不是牵强。

求泛型给我安慰

“求爱神快给我安慰，
别让我再悲伤流泪！
让我丈夫回转身旁，
或者让我死亡！”

这是W. A. Mozart著名歌剧《费加罗的婚礼》第二幕开头，伯爵夫人罗西娜的一段摇唱。太美了，就是前奏长了点。《费加罗的婚礼》取材于法国戏剧家博马舍创作的“费加罗三部曲”的第二部。伯爵阿尔马维瓦在《塞维利亚理发师》（三部曲第一部，由罗西尼创作成歌剧，晚于《费加罗的婚礼》）中，苦苦追求罗西娜，在费加罗的帮助下，终成眷属。但阿尔马维瓦终于显露出他的喜新厌旧、朝三暮四的本性。成为伯爵夫人的罗西娜受到冷落，郁郁寡欢。在自己的卧房中，忧伤地唱起了这首咏叹调…

我们知道，程序员的朝三暮四，虽说不一定都是本性，但也几乎成了一种习惯。每当出现一种新的语言，很多程序员也不顾一切地投怀送抱。不管这种语言是好是坏，进步还是退步。尽管我们无法指责这种行为，就像无法把阿尔马维瓦伯爵告上法庭。但是，事实的真相还是应当昭示与天下的。
牢骚就不再多发了。今天的主题是GP。不，不是电池，也不是摩托比赛。全称是Generic Programming，泛型编程。一种非常强大，却有为人们所忽略的关键性技术。这种技术代表的是未来。
不，不要提Java、C#。他们的那种也叫Generic（泛型）的东西，和真正的GP沾不上什么边。只能算作大号的OOP，一会儿就会知道为什么我这么说。
本文起源于TopLanguage（http://groups.google.com/group/pongba）上的一次讨论（http://groups.google.com/group/pongba/browse_thread/thread/e553a21476ba2ebd）。我在讨论中做了一个案例，以说明GP的作用。现在我把这个案例整理出来，一同探讨。这个讨论还涉及了更深层次的理论和技术，其余内容看那个帖子。
案例提出这样一个需求：
搞过帐务系统或者学过财务的都应该知道，帐务系统里最核心的是科目。在中国，科目是分级的，（外国人好像没有法定的分级体系），一般有4、5级，多的有7、8级，甚至10多级。不管怎么分，科目的结构是树。
在科目上有一个操作称为"汇总"，就是把子科目的金额累加起来，作为本科目的金额。这实际上是对指定科目的所有下级科目的遍历汇总。这是一个非常简单，但却非常重要的帐务操作。
首先，我通过两种方法：OOP和传统的SP来实现这种操作。先来看SP：
//科目类，具备树形结构
class Account
{
public:
typedef vector<Account> child_vect;
pubilc:
child_vect children(); //子级科目
int account_type(); //本科目类型
float ammount(); //本科目的凭证金额累计，非最明细科目返回0
};
//汇总算法
double collect(Account& item) {
double result(0);
Account::child_vect& children=item.children();
if(children.size==0) //最明细科目，没有子科目
return ammount(item.ammount);
Account::child_vect::iterator ib(children.begin()), ie(children.end());
for(; ib!=ie; ++ib)
{
result+=collect(*ib, filter, ammount);
}
return result;
}
当我需要对一个科目对象acc_x执行汇总算法，那么就是这样：
double res=collect(acc_x);
这非常简单。不过请注意，我这里还是利用了OOP的封装机制，为了使Account的实现和接口分离。但所使用的算法/数据分离的模式，则是SP风格的。
OOP风格的更加简单：
class Account
{
public:
child_vect children(); //子级科目
int account_type(); //本科目类型
double ammount() { //此成员直接执行子级科目的汇总任务
double result(0);
if(children.size==0) //最明细科目，没有子科目
return m_ammount; //或从其他途径获得，如数据库访问
T::child_vect& children=item.children();
T::child_vect::iterator ib(children.begin()), ie(children.end());
for(; ib!=ie; ++ib)
{
result+=ib->ammount();
}
return result;
}
};
使用起来是这样：
double res=acc_x.ammount();
都很好。不过，现在项目增加了需求，我们面临挑战：
假设现实世界的古怪客户，使我们面临一个挑战：他们的业务模型中，有部分科目不参与汇总计算，是一群特殊的科目。（这种科目我还真见过）。
那么，SP方式，可以另写一个collect函数：
double collect(Account& item) {
//假设g_SpecialAccounts是个Singleton，负责管理特殊科目
if(g_SpecialAccounts.IsSpecial(item->account_type()))
return 0
… //其余代码与原来的collect相同
}
而OOP方式，则需要修改Account类（也可以利用重载和多态）：
class Account
{
public:
double ammount() {
//假设g_SpecialAccounts是个Singleton，负责管理特殊科目
if(g_SpecialAccounts.IsSpecial(account_type())
return 0;
}
… //其余代码与原来的Account相同
};
相比之下，SP更灵活些。如果我没有Account的源码，或者我无法修改Account，那么我可以直接重写一个collect（比如，collect_x）也能解决问题。而在这种情况下，OOP方式，只能重载或重写这个类。（重载不仅仅需要重写相关成员，而且还需要编写诸如构造函数等辅助代码）。更深层次的因素，是代码耦合的问题。关于这个问题请看前面给出的那个讨论。
接下来的一个需求，则提出了更大的挑战：
我们如果注意的话，MIS系统中有很多地方同科目有着相同的逻辑结构。比如，销售部门的分销组织机构，一个企业的部门组织机构。在这些结构上，通常也会发生汇总操作，比如某个省的分销商业绩汇总，或者某个部门的人数汇总。
于是，充满优化意识的程序员，会想到复用在帐务系统上已有的成果。假设我们定义了部门类：
class Department
{
public:
typedef vector<Account> child_vect;
public:
child_vect Children();
int dept_type();
int employee_num();
...
};
对于SP方案而言，意味着需要写一个collect算法，可以同时用于这两个（甚至更多）的类型。我们努力地尝试着：
double collect_g(void* item, bool (*pred)(void*), void (*mem)(void*, void *)) {
if(pred(item))
return 0;
double result(0);
vector<void*>& children=item.children();
if(children.size==0) //最明细科目，没有子科目
{
mem(item, &result);
return result;
}
vector<void*>::iterator ib(children.begin()), ie(children.end());
for(; ib!=ie; ++ib)
{
result+=collect(*ib, pred, mem);
}
return result;
}
此外，需要为Account和Department分别编写两个辅助函数：
//Account
bool Account_Pred(void* item) {
Acount* acc_=(Account*)item;
return g_SpecialAccount.IsSpecial(acc_);
}
void Account_Ammount(void* item, void* val) {
Acount* acc_=(Account*)item;
*((double*)val)=acc_->ammount();
}
//Department
bool Dept_Pred(void* item) {
Department* dpt_=(Department*)item;
return g_SpecialDepartment.IsSpecial(dpt_);
}
void Dept_EmpNum(void* item, void* val) {
Department* dpt_=(Department*)item;
*((int*)val)=dpt_->Employee_Num();
}
用起来，则是这样：
double res1=collect(&acc_x, &Account_Pred, &Account_Ammount);
int res2=collect(&acc_x, &Dept_Pred, &Dept_EmpNum);