通用设计混合了奇怪的重复模板模式。 C++

Question

考虑这样的问题。我有一个 Base class 和三个 class 派生自 Base。例如：DerivedA、DerivedB 和 DerivedC。每个派生 class 都有其独特的容器。因此 DerivedA 有 std::vector<int>，DerivedB 有 std::set<int>，DerivedC 有 std::map<int, std::string>。我想要 Base 中的一个接口来访问它当前指向的派生 class 的容器。

Base* d1 = new DerivedA;
for(std::vector<int>::iterator iter = d1->begin(); iter != d1->end(); ++iter)
{
     //processing
}

我尝试将每个容器包装起来以分隔 class 并保留其基址的指针在 Base class.

class CollA;

template<class T>
class traits;

template<>
class traits<CollA>
{
  public:
  typedef vector<int> container; 
};


template<class T>
class Coll
{
  public:
    typedef typename traits<T>::container container;
    typename container::iterator begin() const
    {
    }
};


class CollA : public Coll<CollA>
{
  typedef traits<CollA>::container container;
  public:
    container::iterator begin()
    {
      return V.begin();
    }
    private:
    vector<int> V;
};

class Base
{
  public:
    Base()
    {
    }
    // what to do here? I must keep a pointer to Coll; But Coll itself is a template
};

给我一些建议。我有点迷失在这个可怕的设计中。

Answer 1

为了做你想做的事，你需要定义一个通用类型的迭代器，它可以从派生的 begin() 和 end() 中的不同 return =59=]es.

当然，在此之前，您需要确定您希望迭代器执行的操作，正如 Yakk 在他的评论中所解释的那样。对于初学者，您需要决定 value_type 将通过此类迭代器进行间接访问。鉴于您的三个不同容器，我能想到的唯一常见类型是 const int，因为 std::map 中的键是 const 和 std::set 迭代器是 const 迭代器（因为元素本身就是键）。因此，当使用通用迭代器类型进行迭代时，您将只能观察到其中的 int。

现在，迭代器实现将需要调用不同的代码（在运行时），具体取决于它源自的派生 class。这是类型擦除的典型用例。正确完成后，这将允许您包装任何类型的迭代器，只要它支持您需要的接口。但是，在您的情况下，您可能不需要走那么远，因为我想您知道需要支持的全套容器，因此迭代器类型集是众所周知的并且也是有界的。

这意味着您可以使用 boost::variant 来存储包装的迭代器。这应该比完整的类型擦除解决方案更有效，因为它避免了一些内部虚函数调用和可能的一些堆分配（除非类型擦除解决方案可以使用某种小对象优化，这对于迭代器来说是相当可能的，但甚至是实施起来更复杂）。

这是此类迭代器的框架实现，以及使用它的 class 层次结构和一些简单的测试代码。请注意，我只实现了使循环工作所需的基本迭代器功能。

#include <iostream>
#include <string>
#include <vector>
#include <set>
#include <map>
#include <iterator>
#include "boost/variant.hpp"


//Helper function object types to implement each operator on the variant iterator.

struct indirection_visitor : boost::static_visitor<const int&>
{
   const int& operator()(std::vector<int>::iterator i) const { return *i; }
   const int& operator()(std::set<int>::iterator i) const { return *i; }
   const int& operator()(std::map<int, std::string>::iterator i) const { return i->first; }
};

struct prefix_increment_visitor : boost::static_visitor<>
{
   template<typename I> void operator()(I& i) const { ++i; }
};


//The iterator itself.
//It should probably hide the internal variant, in which case the non-member operators 
//should be declared as friends.

struct var_iterator : std::iterator<std::bidirectional_iterator_tag, const int>
{
   var_iterator() { }
   template<typename I> var_iterator(I i) : it(i) { }

   boost::variant<std::vector<int>::iterator, std::set<int>::iterator, std::map<int, std::string>::iterator> it;

   const int& operator*() { return boost::apply_visitor(indirection_visitor(), it); }

   var_iterator& operator++()
   {
      boost::apply_visitor(prefix_increment_visitor(), it);
      return *this;
   }
};

inline bool operator==(var_iterator i1, var_iterator i2) { return i1.it == i2.it; }
inline bool operator!=(var_iterator i1, var_iterator i2) { return !(i1 == i2); }


//Here's the class hierarchy.
//We use CRTP only to avoid copying and pasting the begin() and end() overrides for each derived class.

struct Base
{
   virtual var_iterator begin() = 0;
   virtual var_iterator end() = 0;
};

template<typename D> struct Base_container : Base
{
   var_iterator begin() override { return static_cast<D*>(this)->container.begin(); }
   var_iterator end() override { return static_cast<D*>(this)->container.end(); }
};

struct DerivedA : Base_container<DerivedA>
{
   std::vector<int> container;
};

struct DerivedB : Base_container<DerivedB>
{
   std::set<int> container;
};

struct DerivedC : Base_container<DerivedC>
{
   std::map<int, std::string> container;
};


//Quick test.

void f(Base* bp)
{
   for(auto iter = bp->begin(); iter != bp->end(); ++iter)
   {
      std::cout << *iter << ' ';
   }
   std::cout << '\n';

   //We have enough to make range-based for work too.
   for(auto i : *bp)
      std::cout << i << ' ';
   std::cout << '\n';
}

int main()
{
   DerivedA da;
   da.container = {1, 2, 3};
   f(&da);
   DerivedB db;
   db.container = {4, 5, 6};
   f(&db);
   DerivedC dc;
   dc.container = std::map<int, std::string>{{7, "seven"}, {8, "eight"}, {9, "nine"}};
   f(&dc);
}

实施说明：

如上所述，这不是一个完整的双向迭代器；我选择那个标签作为你们容器类型中最强大的通用迭代器。
我在 C++11 模式下在 Clang 3.6.0 和 GCC 5.1.0 中以及在 Visual C++ 2013 中使用 boost 1.58.0 编译并（表面上）测试了代码。
该代码在 C++14 模式下也适用于上述编译器（以及 Visual C++ 2015 CTP6），但由于 boost 1.58 中的错误（我必须报告), 否则会出现歧义错误。您需要删除 indirection_visitor 的基础 class 并让此访问者的 return 类型自动确定。这仅在 C++14 中有效，因为它在内部使用 decltype(auto)，并且正是这个新代码导致了歧义。早期版本的 boost 没有这个问题，但也没有 return 类型的自动检测。
在 C++14 模式和 boost 1.58 中，您可以使用通用 lambda 来实现像 prefix_increment_visitor 这样的简单访问器，这使代码更加直接。
我从我的第一个版本的代码中删除了比较访问者，因为 boost::variant 已经提供了一个默认的相等运算符并且它已经足够用于这种情况（这个例子已经足够长了）。
如果需要，您可以在需要的地方添加 const 以获得真正的 const 迭代器行为（限定 begin() 和 end()，在 CRTP 中使用 static_cast<const D*>，声明要包含 const_iterators 的变体，请调整访问者）。
当然，您可以实施某种穷人的变体并避免使用 boost，但 boost::variant 会使一切变得更简单、更清洁和更安全。

通用设计混合了奇怪的重复模板模式。 C++

Generic design mixed with curiously recurring template pattern. C++

c++

oop

templates

design-patterns

traits