Тщательное тестирование. Шаблоны подчиняются концепции «компиляция по требованию», т. е. компилируются только те функции и методы, которые используются в коде. Поэтому, чтобы убедиться в отсутствии синтаксических и семантических ошибок, следует покрывать вызовами все функции и методы, объявленные в шаблоне. Причем желательно это делать на некотором наборе предполагаемых типов данных.
Большое время компиляции. Во-первых, компилятор осуществляет генерацию кода при каждом инстанциировании шаблона конкретным типом. Во-вторых, шаблоны для одних и тех же типов, инстанциируемые в разных участках программы, будут компилироваться заново. И, в-третьих, много времени тратится на компиляцию включаемых файлов: например, при каждом включении заголовочных файлов стандартной библиотеки все внутренние реализации шаблонов в этих файлах должны быть скомпилированы.
Склонность к разрастанию программного кода. Для каждого используемого типа будет сгенерирован отдельный код. Представим, к примеру, что мы используем шаблонную функцию с входным аргументом – числом, тип которого задается параметром шаблона. Если мы будем вызывать эту функцию с аргументами различных типов, допустим, char, short, int, long, для каждого типа будет сгенерирована отдельная функция, несмотря на то что используемые типы эквивалентны и можно обойтись одним-единственным типом long. Аналогичная ситуация возникает при специализации шаблонов: даже если мы делаем частичную специализацию c целью изменить поведение одного-единственного метода, нам придется повторить весь код, используемый в общей специализации.
4.7.2. Ограничения шаблонов
В общем-то, рассмотренные недостатки не так уж значительны, и преимуществ у шаблонов значительно больше. Тем не менее, они имеют фундаментальное ограничение, вытекающие из их внутренней природы: шаблоны не создают предварительно откомпилированного кода. По большому счету шаблон представляет собой не сам код, а правила для генерации кода. Пока шаблон не инстанциирован, его код отсутствует; после инстанциирования последний генерируется только для тех методов и функций, которые были вызваны. Из указанного ограничения вытекают следующие выводы.
Интерфейс шаблона не может быть отделен от реализации. И объявление шаблона, и его реализация должны находиться в одной области видимости (модель включения). Таким образом, при изменениях в реализации шаблона все компоненты, которые его используют, должны быть перекомпилированы.
Шаблоны не могут поставляться в виде статических или динамических библиотек, они должны поставляться только в виде исходного кода. Никакие сторонние приложения (за исключением компиляторов C++, разумеется) не могут использовать функциональность, реализованную на базе шаблонов.
По вышеуказанным причинам,29
С помощью шаблонов невозможно реализовать интерфейсы API.
4.8. Итоги
Шаблоны обеспечивают параметрический полиморфизм, что позволяет писать обобщенный код, реализующий заданную функциональность без привязки к типам данных.
Инициатор для синхронных вызовов реализуется с помощью шаблонов функций, асинхронных – с помощью шаблонов классов.
В реализации шаблона инициатора тип объекта вызова задается параметром. Поскольку разные типы объектов требуют различное число параметров и используют неодинаковый синтаксис, для сохранения единой реализации используется преобразование вызовов.
Функциям, реализующим алгоритмы, зачастую требуются различные операции над данными. Поскольку в обобщенном коде типы данных заранее не известны, для реализации операций используются предикаты.
В асинхронных вызовах для каждого типа аргумента приходится инстанциировать соответствующий инициатор. Использование универсального аргумента позволяет реализовать единый класс для любых типов аргументов, однако в некоторых случаях это может привести к падению производительности.
В стандартной библиотеке STL имеются мощные средства для организации вызовов, реализующие универсальный аргумент, вызов методов класса, перенаправление вызовов.
Шаблонам присущи недостатки, большинство из которых незначительны и не перевешивают их достоинств. Однако шаблоны не предполагают предварительно откомпилированного кода, и по этой причине не могут использоваться в интерфейсах API.
29
Здесь необходимо уточнить: речь идет только об интерфейсе API, т. е. его видимой части. В реализации API шаблоны использовать можно и нужно.