Трюк Бартона — Накмана

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; // Требует определения
};

Когда создается экземпляр шаблонного класса, такого как equal_comparable, определения друзей внутри класса (англ. in-class) порождают нешаблонные (и не являющиеся членами) функции (в данном случае функции-операторы). На момент появления идиомы (1994) язык C++ не определял частичный порядок (англ. partial ordering) для перегруженных шаблонов функций, и, как следствие, перегрузка шаблонов функций часто приводила к неоднозначности. Например, попытка использовать общее определение для operator== как:

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

была бы несовместима с другим определением, таким как:

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

Таким образом, трюк Бартона — Накмана предоставляет шаблонный оператор равенства, определённый пользователем, без необходимости иметь дело с такими неоднозначностями. Прилагательное ограниченный (англ. restricted) в названии идиомы относится к тому факту, что определение функции, находящееся внутри класса (англ. in-class), 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).

Механизм работы

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. (Заметим, что, если value_type был бы неполным экземпляром шаблона, ADL вызвал бы его полное инстанцирование.)

Трюк Бартона — Накмана изначально основывался не на ADL, а на особенности C++, названной «инъекция имени друга» (англ. friend name injection), в которой объявление дружественной функции внутри класса делало имя функции видимым в непосредственно окружающем пространстве имён (возможно, в глобальной области). При рассмотрении возможности удалить инъекцию имени друга из языка C++ было обнаружено, что идиома Бартона — Накмана — единственное оправданное применение этого языкового правила. В итоге были скорректированы правила поиска, зависящего от аргумента, так, чтобы заменить инъекцию имени друга менее радикальным механизмом, описанным выше, который поддерживал работоспособность метода Бартона и Накмана. 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. Спецификатор friend необходим, даже если дружественные функции не нуждаются в доступе к закрытым и защищённым членам 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.