C++ : Add a method to a base class interface

Question

假设我有一个具有大型多态类层次结构的第三方库:

基础 => Sub1、Sub2、Sub3 => SubSub1、SubSub2 ... 等等

我可以从层次结构中的各个子类中获取一堆对象，将 *Base 类型的指针填充到 STL 容器中，然后使用迭代器在每个对象上调用特定的基类方法。

如果我想向基类添加一个新的虚拟方法，然后执行相同的操作，为容器中的每个对象调用该方法，该怎么办？

基类是库的一部分，因此我不能只向其中添加新的虚拟方法。派生子类不起作用，因为我无法访问所有其他子类。在 Java 中，我将创建一个接口(interface)并让每个相关子类实现它。不过，我不确定如何在 C++ 中最好地处理这个问题。

编辑:

(1) 下面建议的访问者模式将是一个很好的解决方案，但要求在编写原始基类时考虑到该模式。

(2) 下面建议的插件模式是一种可行的通用解决方案，但在某些用例中可能会非常慢。

(3) 从 Base 派生一个子类，然后重构整个层次结构以使其派生自该子类，这很麻烦，并且如果升级库代码可能会中断。

(4) 我尝试避免多重继承，但它适用于我的(简单)用例:

#include <third_party_lib.h>

class MyBase {
  public:
    virtual ~MyBase() {}
    virtual void myMethod() = 0;
};

class MySub1 : public ThirdPartyLib::Sub1, MyBase {
  public:
    void myMethod() { /*...*/ }
};

class MySub2 : public ThirdPartyLib::Sub2, MyBase {
  public:
    void myMethod() { /*...*/ }
};

void doSomething() {
  std::vector<ThirdPartyLib::Base*> vec;
  // fill vector with instances of MySub1, MySub2, etc
  for (auto libHandle : vec) {
    // call a method from the library class hierarchy ...
    libHandle->libraryClassMethod();
    // call the virtual method declared in MyBase ...
    MyBase* myHandle = dynamic_cast<MyBase*>(libHandle);
    if (myHandle) {
      myHandle->myMethod();
    } else {
      // deal with error
    }
  }  
}

Answer 1

如果您无法修改基类，则可以使用我称之为插件模式的模式。

1. 您可以在适当的命名空间中创建一个全局函数或一个函数，以在给定 Base 类型的对象的情况下执行操作。
2. 您提供了一种机制，派生类型的实现可以在其中自行注册。
3. 在函数的实现中，您将迭代已注册的函数/仿函数以检查是否存在对象类型的实现。如果是，则执行该操作。否则，您会报告错误。

假设您有:

struct Shape
{
    // Shape details
};

struct Triangle : public Shape
{
    // Triangle details
};

struct Rectangle : public Shape
{
    // Rectangle details
}; 

出于说明目的，假设 Shape 没有用于计算 Shape 对象面积的接口(interface)。要实现计算形状面积的功能，您可以执行以下操作:

1. 创建一个函数来获取Shape的面积。

   extern double getArea(Shape const& shape);
   

2. 为可以计算形状面积的函数添加注册机制。

   typedef double (*GetAreaFunction)(Shape const& shape, bool& isSuccess);
   
   extern void registerGetAreaFunction(GetAreaFunction fun);
   

3. 在.cc文件中实现核心功能。

   static std::set<GetAreaFunction>& getRegistry()
   {
      static std::set<GetAreaFunction> registry;
      return registry;
   }
   
   void registerGetAreaFunction(GetAreaFunction fun)
   {
       getRegistry().insert(fun);
   }
   
   double getArea(Shape const& shape)
   {
      double area = 0.0;
      for ( auto fun: getRegistry() )
      {
         bool isSuccess = false;
         area = fun(shape, isSuccess);
         if ( isSuccess )
         {
            return area;
         }
      }
   
      // There is no function to compute the area of the given shape.
      // Throw an exception or devise another mechanism to deal with it.
   }
   

4. 添加函数来计算三角形和矩形的面积，只要在代码库中合适的地方即可。

   double getArea(Triangle const& triangle)
   {
       // Do the needful and return the area.
   }
   
   double getArea(Rectangle const& rectangle)
   {
       // Do the needful and return the area.
   }
   

5. 添加可以向核心 API 注册的函数。

   double getAreaWrapper(Shape const& shape, bool& isSuccess)
   {
      // Do dynamic_cast to see if we can deal with the shape.
   
      // Try Triangle first.
      Triangle const* trianglePtr = dynamic_cast<Triangle const*>(&shape);
      if ( trianglePtr )
      {
          isSuccess = true;
          return getArea(*trianglePtr);
      }
   
      // Try Rectangle next.
      Rectangle const* rectanglePtr = dynamic_cast<Rectangle const*>(&shape);
      if ( rectanglePtr )
      {
          isSuccess = true;
          return getArea(*rectanglePtr );
      }
   
      // Don't know how to deal with the given shape.
      isSuccess = false;
      return 0.0;            
   }
   

6. 向核心注册函数。

   registerGetAreaFunction(getAreaWrapper);
   

优点

1. 这是一种精心设计的方法，可避免在一个函数中出现过长的 if-else block 。
2. 它避免了核心中处理派生类型的硬依赖。

缺点

1. 最重要的是 - 不要将其用于任何需要调用数百万次的函数。这会降低性能。