C++ 中用户定义 class 的动态赋值，都具有相同的 public 函数

Question

首先，我是一名物理学家，所以我的编码经验和知识有限，如果我使用的术语不正确或者这个问题的答案已经存在，我们深表歉意。不过，我一直找不到任何对我有意义的足够相似的东西。

现在，我正在对某个量子系统进行 Monte Carlo 模拟，其中我需要一些特定的多项式。我已经为所有这些多项式编写了 classes。它们在初始化时都采用相同的参数（一个字符串和一个整数），并且它们中唯一的 public 方法从外在的角度来看是相似的（它接收一个复数双精度数组并输出一个复数双精度数） .大体图为

class Polyi{
    public:
        Polyi(string type, int N){
            ::Set things up if needed::
        }

        complex<double> poly(complex<double> *z){
            ::Calculate the polynomial and return::
        }
}

现在，我希望在给定模拟中使用的多项式需要是我可以从外部输入的东西。我更习惯 Python 所以像

if poly_type==i: polynomial = Polyi(type, N)
elif ...

是我想做的。然后我会在后续代码中使用 polynomial.poly(z)。

然而，这在 C++ 中被证明是极其困难的，因为我必须声明我在赋值时使用的 class 的类型。我试过几件事。我制作了一个包含所有单个多项式的处理程序。没用。我还尝试为所有这些创建一个基础 class，包括 poly(z) 函数，然后在每个函数中重载它。我也在这里失败了。但是，它们可能没有用，因为我是个白痴，而不是因为它们实际上不可能实现。

因此，我如何实现这种动态赋值，这样当我进行实际计算时，我在变量 polynomial 中得到所需的多项式 class 和我可以打电话给 polynomial.poly(z) 吗？如果可能的话，最简单的解决方案会很棒，因为我希望能够理解代码实际在做什么。

感谢您为我提供的任何帮助！

编辑： 非常感谢大家！没有一个无用的 comment/answer 和很多值得查找的好建议。谢谢大家！！！

ps。澄清一下，虽然它似乎不是关键点，但 type 变量定义了一种多项式中的一种多项式。例如，对于 Pn 多项式，Pn("1",N) = z1+z2+...+zN, Pn("2",N)=z1^2+z2^2+...zN^2等等。在更复杂的方面，我有 Jack 多项式，它由整数分区（如 11122 或 223）索引。我不知道如何生成它们，所以我用它们下载了一个文件，因此它是一个字符串。

Answer 1

C++ 中的多态性依赖于指针。

如果你有基础 class Poly 然后 child classes Polya, Polyb, Polyi.. 等等。你可以有一个 Poly* 实际上指向一个 Polya*，但是你不能有一个包含 Polya 的 Poly，因为你将面临 type-slicing.

所以你可以有这样的东西:

class Poly_base
{
    public:
        Poly_base(string type, int N) {
            // Potentially do stuff that you do on ALL poly
        }

        virtual complex<double> poly(complex<double> *z) = 0;
}

class Polyi : public Poly_base
{
    public:
        Polyi(string type, int N):
            Poly_base(type, N)
        {
            // Stuff you would do only on Polyi.
        }

        virtual complex<double> poly(complex<double> *z)
        {
            // Your calculation for Polyi.
        }
}

注意 virtual 关键字。这表示：这是我的基础 class 上的一个方法，可以在 child classes 上重新实现。如果您在实际指向 Polya 实例的 Poly_base* 指针上调用 poly，则将调用重新实现的版本。（通过 vtables 的魔力）

然后在主要部分：

Poly *polynomial;
if (some_condition) {
    polynomial = new Polya(type, N);
} else if (some_other_condition) {
    polynomial = new Polyi(type, N);
}
polynomial->poly(z);

编辑：您可能希望您的类型是枚举而不是字符串，因此您可以像这样对其执行 switch 语句：

enum PolyType {
    polya = 0,
    polyb,
    polyi
}

Poly_base *polynomial;
switch (type) {
    case polya:
        polynomial = new Polya(type, N);
        break;
    case polyb:
        polynomial = new Polyb(type, N);
        break;
    case ....
}

EDIT2：您也可能不需要 classe 构造函数中的类型。此架构的全部要点在于此信息包含在您实际创建的实例中。如果您创建了一个 Polya，那么它 "knows" 它是一个 Polya 而不是一个 Polyb。

Answer 2

我会说这是工厂设计模式的完美之地。

class iPoly{
public:
    virtual ~iPoly(){}
    virtual complex<double> poly(complex<double> *z) = 0;
};

class Polyi : public iPoly {
public:
    Polyi(string type, int N);
    virtual ~Polyi(){}
    virtual complex<double> poly(complex<double> *z);
};

class Polyb : public iPoly {
public:
    Polyb(string type, int N);
    virtual ~Polyb(){}
    virtual complex<double> poly(complex<double> *z);
};


iPoly* make_poly(string type, int N) {
  if (type=="Polyi") {
     return new Polyi(type,N);
  } else if (type=="Polyb") {
     return new Polyb(type,N);
  }
  return NULL;
}

C++ 中用户定义 class 的动态赋值，都具有相同的 public 函数

Dynamic assignment of user defined class in C++, all with the same public function

c++

python

overloading

dynamic