智能指针作为多态的类成员

Smart pointers as class members for polymorphism

本文关键字:成员 多态 指针 智能      更新时间:2023-10-16

我是智能指针的新手,如果有人能给我一个提示,我处理智能指针作为类成员的方式是否正确,我将非常感激。更准确地说,我想要实现的解决方案是在类多态性上下文中,并且应该是理想的异常安全的。

给定一个异构对象的容器(std::vector<shared_ptr<CBase> > my_vector),通常添加元素的方法是:my_vector.push_back( shared_ptr<CBase>(new CChild(1))),这样以后就可以调用特定派生类的成员函数:my_vector[0]->doSomething() .

  1. 我想要实现的是将堆栈对象添加到向量中,并且仍然能够做多态性。直觉上类似于:CChild<float> obj1(1); my_vector.push_back(obj1)。为了解决这个问题,我现在使用虚拟构造函数的习惯用法:CChild obj1(1); my_vector.push_back(obj1.clone()); .
    注意,在some的派生类中,我有创建对象的静态成员函数,例如:CChild<float> obj1 = CChild<float>::initType2(1);

  2. 因为需求问题,也有一个干净的接口,我现在有一个新的类CFoo<T>,作为数据成员CBase<T>类的智能指针。
    这个想法是除了包含其他新的私有成员,这个类封装/处理指向派生对象的智能指针,这样我就可以做这样的事情:
    CFoo<float> myfoo(CChild<float>::initType2(1)); my_vector.push_back(myfoo);。这意味着容器现在是vector<CFoo<T> >类型而不是vector<shared_ptr<CBase> >类型

在这种情况下,我想知道如何实现smart pointers作为类成员的类的构造函数?那么遵循拷贝交换习惯的operator =的实现如何呢?下面,我给出了我的类设计的一些插图:

template < typename T >
class CBase{
    public:
        CBase(){};
        virtual ~CBase(){};
        ...
        virtual CBase<T> * clone() const = 0;
        virtual CBase<T> * create() const = 0;
};
template < typename T >
class CChild1 : public CBase{
    public:
        ...
        CChild1<T> * clone() const  { return new CChild1<T>(*this); }
        CChild1<T> * create() const { return new CChild1<T>(); }
        static CChild1 initType1(double, double);
        static CChild1 initType2(int);
};
template < typename T >
struct type{
    typedef std::tr1::shared_ptr<T> shared_ptr;
};
template < typename T >
class CFoo{
    public:
        CFoo();
        CFoo( const CBase<T> &, int = 0 );
        CFoo( const CFoo<T> & );
        void setBasePtr( const CBase<T> & );
        void swap( CFoo<T> & );
        CFoo<T> & operator = ( CFoo<T> );
        ...
        ~CFoo();
    private:
        typename type<CBase<T> >::shared_ptr m_ptrBase;
        int m_nParam;
};
template < typename T >
CFoo<T>::CFoo()
    :m_nParam(0)
// How shall I handle here the "m_ptrBase" class member? e.g point it to NULL?
{
}
template < typename T >
CFoo<T>::CFoo(const CBase<T> & refBase, int nParam)
    :m_ptrBase(refBase.clone()), // Is this initialization exception-safe?
    m_nParam(nParam)
{
}
template < typename T >
CFoo<T>::CFoo(const CFoo<T> & refFoo)
    :m_ptrBase(refFoo.m_ptrBase),
    m_nParam(refFoo.m_nParam)
{
}
template < typename T >
void CFoo<T>::setBasePtr( const CBase<T> & refBase ){
    // ??? I would like to do sth. like: m_ptrBase(refBase.clone())
}
template < typename T >
CFoo<T>::~CFoo(){
    // The memory is going to be freed by the smart pointer itself and therefore
    // the destructor is empty, right?
}
template < typename T >
void CFoo<T>::swap( CFoo<T> & refFoo ){
//does this here makes sense?
    using std::swap;
    swap(m_ptrBase, refFoo.m_ptrBase);
    swap(m_nParam, refFoo.m_nParam);
}
template < typename T >
CFoo<T> & CFoo<T>::operator = ( CFoo<T> copyFoo ){
    copyFoo.swap(*this);
    return (*this);
}

下面是我想直观实现的一个例子。首先,我用CFoo<float>对象填充容器,这些对象除了包含另一个整数类成员外,还包含指向派生类的智能指针(注意,所有这些都只是举例说明)。

std::vector<CFoo<float> > my_bank;
for (int b=0; b < 3; b++){
   float x = b*sqrt(2);
   my_bank.push_back( new CFoo<float>( CChild1<float>::initType2(x), b) );
}
for (double s= 1.0; s<= 8.0; s *= 2.0){
    my_bank.push_back( new CFoo<float>( CChild2<float>::initType2(x), 0) );
 }

一旦容器被填满,我想做一些操作,调用virtual函数,例如doSomething,它在每个派生类中都是特化的。

for (int i=0; i < (int)my_bank.size(); i++){
    int b = my_bank[i].m_nParam;
    CBase<float>* myChild = my_bank[i].m_ptrBase;
    myChild->doSomething( param1, param2, param3, ..., b);
}

我真的不知道如何处理这个问题。我对你列出的接口需求一半都不了解,所以把这当作一个实验答案,可能根本与你的问题无关。

我建议你告诉我我的方法到底缺少什么,我可以修改它。我现在将省略模板,因为它们似乎与问题无关。

那么,话不多说,最简单的开始使用智能指针的容器:

#include <vector>
#include <memory>
struct Base
{
  virtual void f();
};
typedef std::shared_ptr<Base> BasePtr;
typedef std::vector<BasePtr> BaseContainer;
struct DerivedA : Base
{
  virtual void f();
  // ...
};
// further derived classes

用法:

int main()
{
  BaseContainer v;
  v.push_back(BasePtr(new DerivedB));
  v.push_back(BasePtr(new DerivedC(true, 'a', Blue)));
  BasePtr x(new DerivedA);
  some_func(x);
  x->foo()
  v.push_back(x);
  v.front()->foo();
}

如果你碰巧在某个地方有一个自动对象,你可以插入一个副本:

DerivedD d = get_some_d();
v.push_back(BasePtr(new DerivedD(d)));

迭代:

for (BaseContainer::const_iterator it = v.begin(), end = v.end(); it != end; ++it)
{
  (*it)->foo();
}

Update:如果你想在构造之后初始化一个对象,你可以这样做:

{
  DerivedE * p = new DerivedE(x, y, z); 
  p->init(a, b, c);
  v.push_back(BasePtr(p));
}

或者,如果init函数是虚函数,则更简单:

v.push_back(BasePtr(new DerivedE(x, y, z)));
v.back()->init(a, b, c);

第二次更新:派生对象可能是这样的:

struct DerivedCar : Base
{
  enum EType { None = 0, Porsche, Dodge, Toyota };
  DerivedCar(EType t, bool a, unsigned int p)
  : Base(), type(t), automatic_transmission(a), price(p)
  {
    std::cout << "Congratulations, you know own a " << names[type] << "!n"; }
  }
private:
  EType type;
  bool automatic_transmission;
  unsigned int price;
  static const std::unordered_map<EType, std::string> names; // fill it in elsewhere
};

用法:Base * b = new DerivedCar(DerivedCar::Porsche, true, 2000);

第三次更新:这个是不连接的,只是一个如何使用查找表来支持switch语句的说明。假设我们有许多相似的函数(相同的签名),我们希望基于某个整数使用它们:

struct Foo
{
  void do_a();
  void do_b();
  // ...
  void do(int n)
  {
    switch (n) {
      case 2: do_a(); break;
      case 7: do_b(); break;
    }
  }
};

我们可以在一个查找表中注册所有函数,而不是切换。这里我假设c++ 11支持:

struct Foo
{
  // ...
  static const std::map<int, void(Foo::*)()> do_fns;
  void do(int n)
  {
    auto it = do_fns.find(n);
    if (it != do_fns.end()) { (this->**it)(); }
  }
};
const std::map<nt, void(Foo::*)()> Foo::do_fns {
  { 3, &Foo::do_a },
  { 7, &Foo::do_b },
// ...
};
基本上,您将静态代码转换为容器数据。这总是一件好事。现在这很容易扩展;您只需在查找映射中添加新函数即可。不需要再碰实际的do()代码!