c++ std容器-没有指针的多态性.这可能吗?

C++ std containers - polymorphism without pointers. Is it possible?

本文关键字：多态性 指针 容器 std c++      更新时间：2023-10-16

是否有可能在任何 std c++容器中保持派生类的知识，而不使用指针，从容器动态转换返回值?我知道我可以创建一个向量，比如说，一些基类类型的指针让它们保留它们的子类。但问题是我一定要用指针吗?

的例子:

struct A {
  int x = 0, y = 0, z = 0;
  virtual void foo() { cout << "A" << endl; };
};
struct B : public A {
  int a = 1, b = 1, c = 1;
  virtual void foo() { cout << "B" << endl; };
};
int main() {  
  <SOMECONTAINER><A> a(2);
  a[0] = A();
  a[1] = B();
  B * p;
  B& n = dynamic_cast<B&>(a[1]); // Always throws?
  p = dynamic_cast<B*>(&a[1]); // Always zero?
  cout << p << endl;
}

是的，你必须使用指针。否则，试图将B放入A的容器会导致切片:B被切成A(这不仅限于容器，如果您执行A a = B()或将B传递给期望A的函数，则会发生完全相同的事情)。

当你稍后把它拿出来的时候，它是一个完全不知道它的血统包括B类型的杰出祖先的A——无论你用什么方式看待A，你都不能把它变成B。

我将忽略对齐，或者假设指针后的数据已充分对齐。

template<class T, unsigned N>
struct poly_anna;
template<class T,unsigned N>
struct poly_bob {
  typedef poly_anna<T,N> poly_anna_;
  T*(*get)(poly_anna_*) = nullptr;
  void(*destroy)(poly_anna_*) = nullptr;
  void(*move_to)(poly_anna_ *,poly_anna_*) = nullptr;
  void(*copy_to)(poly_anna_ const*, poly_anna_*)=nullptr;
};
template<class T, unsigned N>
struct poly_anna {
private:
  poly_bob<T,N> const*bob=nullptr;
  char buff[N];
public:
  template<class U> static poly_bob<T,N> const* get_bob() {
    static poly_bob<T,N> b={
      [](poly_anna*a)->T&{ return *(U*)&a->buff[0]; },
      [](poly_anna*a){ ((U*)&a->buff[0])->~U(); a->bob = nullptr; },
      [](poly_anna*s,poly_anna*d){
        if (s->bob==d->bob){
          *((U*)&d->buff[0])=std::move(*((U*)&d->buff[0]));
          return;
        }
        if (d->bob != nullptr) {
          d->bob->destroy(b);
        }
        d->store( std::move( *(U*)&s->buff[0] ) );
      },
      [](poly_anna const* s, poly_anna*d){
        if (d->bob == s->bob){
          *(U*)&d->buff[0] = *(U const*)&s->buff[0];
          return;
        }
        if (d->bob){ d->bob->destroy(d); }
        d->store( *(U const*)*s->buff[0] );
      }
    };
    return &b;
  };
  template<class U_>
  void store(U_&& u){
    typedef typename std::decay<U_>::type U;
    static_assert( sizeof(U)<=N, "N not large enough" );
    if (bob) bob->destroy( this );
    bob = get_bob<U>();
    new (&buff[0]) U( std::forward<U_>(u) );
  }
  void reset(){ if (bob) bob->destroy(this); }
  T& get() {
    return bob->get(this);
   }
  T const& get() const {
    return bob->get(const_cast<poly_anna*>(this));
   }
   poly_anna( poly_anna const& o ){
     if (o.bob) o.bob->copy_to( &o, this );
   }
   poly_anna( poly_anna && o ){
     if (o.bob) o.bob->move_to( &o, this );
   }
   poly_anna&operator=( poly_anna const& o ){
     if (o.bob) o.bob->copy_to( &o, this );
     else if (bob) bob->destroy(this);
     return *this
   }
   poly_anna&operator=( poly_anna && o ){
     if (o.bob) o.bob->move_to( &o, this );
     else if (bob) bob->destroy(this);
     return *this
   }
   poly_anna()=default;
   ~poly_anna(){if(bob)bob->destroy(this);}
   explicit operator bool()const{return bob;}
};

这是我对多态变体的尝试。它存储T和T的子节点，只要它们不大于N，并且可以存储在std容器中。

需要指针来分派虚拟成员函数

仔细想想，如果没有指针，就只剩下"按值"了。值语义和多态性在一起并没有真正意义。

值只有一个上下文/类型。它是原子和简单的。所见即所得，可以这么说。当然，你可以投射它，但是你有……另一个值。

有一句经常被引用的程序员谚语:没有什么问题是不能通过额外的间接层来解决的，除非间接层太多。

付诸实践，看看boost::variant。
如果你的容器存储boost::variant允许所有你想要存储的(子)类，你可以避免使用指针。

这可能是一个胜利，但不一定。

我想这里实际上有两个问题:

  1. 是否有可能在STL容器中获得多态语义而不使用指针和相关的动态分配?
  2. 是否可以保留存储在STL容器中的多态对象的具体类型?

1的答案是肯定的，需要一些努力。正如一些人所提到的，这样做的一种方法是使用像boost::variant这样的变体类型。这种方法的问题是，您失去了与存储在变量中的对象自然交互的能力，而必须编写访问者，这有很多语法开销。

如果类层次结构是有界的，那么更好的方法可能是使用boost::variant的变体(没有双关语的意思)，专门用于保留多态语义及其相关语法。一个例子可能是安置装置。正如上面dyp的评论所指出的，"放置者"是一个受限制的变体。

对于问题2，我不知道如果不使用typeid()或手卷类型系统，有什么方法可以做到这一点。

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