通过 std::variant 而不是继承进行多态时减少冗长的技术

Question

假设您在 2D 游戏框架或类似的东西中有实体 -- 例如一个 GUI 框架——其中有各种类型的实体共享位置和旋转等公共属性，但其中一些属性必须在每个实体类型的基础上处理，例如旋转一个简单的精灵与旋转一个绑定的 2D 动画骨架不同。

显然，这可以通过传统的 OOP 继承层次结构来处理...但是，我感兴趣的是使用“组合继承”来表示此类实体，方法是使用一个具体的 class，没有任何东西继承自调用actor 具有状态的普通成员变量，在实体类型之间以相同的方式处理，但也与包含必须以每个实体类型的方式处理的状态的变体具有关系。

此设计可以按如下方式工作：

#include <iostream>
#include <variant>

struct actor_state_1 {
    float rotation_;
    //point position;
    // etc...

    void set_rotation(float theta) {
        rotation_ = theta;
        // say there are different things that need to happen here 
        // for different actor types...
        // e.g. if this is an animation skeleton you need to find the
        // the root bone and rotate that, etc. 
        std::cout << "actor_state_1 set_rotation\n";
    }

    void set_position(const std::tuple<float, float>& pos) {
        // etc ...
    }

    float get_rotation() const {
        return rotation_;
    }

    // get_position, etc...
};

struct actor_state_2 {
    float rotation_;

    void set_rotation(float theta) {
        rotation_ = theta;
        std::cout << "actor_state_2 set_rotation\n";
    }

    void set_position(const std::tuple<float, float>& pos) {
        // etc ...
    }

    float get_rotation() const {
        return rotation_;
    }

    // get_position, etc...
};

using state_variant = std::variant<actor_state_1, actor_state_2>;

class actor {
private:
    state_variant state_;
    // common properties...
    float alpha_transparency; // etc.
public:

    actor(const actor_state_1& state) :
        state_(state)
    {}

    actor(const actor_state_2& state) :
        state_(state)
    {}

    void rotate_by(float theta) {
        auto current_rotation = get_rotation();
        std::visit(
            [current_rotation, theta](auto& a) { a.set_rotation(current_rotation + theta); },
            state_
        );
    }

    float get_rotation() const {
        return std::visit(
            [](const auto& a) {return a.get_rotation(); },
            state_
        );
    }

    void move_by(const std::tuple<float, float>& translation_vec); 
    std::tuple<float, float> get_postion() const; // etc.

};

int main() {
    auto a = actor(actor_state_2{ 90.0f });
    a.rotate_by(45.0f);
    std::cout << a.get_rotation() << "\n";
}

但是我觉得每个属性的冗长程度和重复样板代码的数量似乎让这样的设计变得笨拙。但是，我想不出一种使用模板来减少样板文件的方法。似乎应该有一种方法至少可以为上面的 actor::get_rotation() 之类的“传递吸气剂”制作模板，但我不知道在成员函数上进行参数化的方法，这看起来像你需要做的。

有没有人对像这样的设计不那么冗长或使用较少的样板文件有想法？

Answer 1

只需使用访客：

#include <variant>

struct state_a{};
struct state_b{};

struct actor
{
   std::variant<state_a, state_b> state;
};

// basically no need to declare them as members.
void rotate(state_a, double deg)
{
  // do a
}

void rotate(state_b, double deg)
{
  // do b
}

void rotate(actor& a, double deg)
{
  std::visit([deg](auto &state){ rotate(state, deg); }, a.state);
}

这是一个带有模板的更具扩展性的版本： https://godbolt.org/z/58Kjx9h5W

// actor.hpp
#include <variant>

template <typename ... StatesT>
struct actor
{
   std::variant<StatesT...> state;
};

template <typename StateT>
void rotate(StateT& s, double deg)
{
    return rotate(s, deg);
}

template <typename ... StatesT>
void rotate(actor<StatesT...> &a, double deg)
{
    std::visit([deg](auto &state){ rotate(state, deg); }, a.state);
}

// other headers
#include <iostream>

struct state_a{};
struct state_b{};

// basically no need to declare them as members.
void rotate(state_a, double deg)
{
    // do a
    std::cout << "rotating a\n";
}

void rotate(state_b, double deg)
{
    // do b
    std::cout << "rotating a\n";
}

int main()
{
    auto actr = actor<state_a, state_b>{state_a()};
    rotate(actr, 30);
}

但是请注意，如果您因为 ADL 而对状态使用名称空间，“”template <typename StateT> void rotate(StateT& s, double deg) 将不起作用。
您可以在同一命名空间中声明 rotate 和 state_a。

通过 std::variant 而不是继承进行多态时减少冗长的技术

Techniques for cutting down on verbosity when do polymorphism via std::variant rather than inheritance

c++

composition

std-variant