c++ - 多态类的行为不符合预期

标签 c++ inheritance polymorphism arduino

我正在编写一些 arduino 代码，但事情并没有完全按计划进行。
我在这里做错了什么？我已经阅读并尝试对自己进行有关虚拟功能的教育，但也许我错过了一些东西。对于我需要回答的实际问题，请转到 QUESTIONSHERE，但首先，一些解释:

类 RGBPixel 和 colorGenerator 都派生自 colorSource，它提供公共(public)函数 getR()、getG() 和 getB()，以便另一个像素或颜色修改器可以获取其当前颜色的拷贝。
派生自 colorGenerator 的类实现颜色生成代码，以便它们可以生成自己的颜色，而 RGBPixels 具有 colorSource *parent 成员，因此它们可以从 colorGenerator 或另一个 RGBPixel 获取颜色值。
在我的示例中，我有一个 colorGenerator 子类(CG_EmeraldWaters，它应该为我创建各种绿色和蓝色)，然后是一个数组中的多个 RGBPixel。 RGBPixels[0] 应该从 GC_EmeraldWaters 的实例中获取它的值，而 RGBPixels[1] 应该从 RGBPixels[0] 中获取它的值，[2] 来自 [1]，[n] 来自 [n-1]。像素似乎可以从它们的父级中提取颜色，但是链中的第一个像素没有正确查询 colorGenerator，或者 colorGenerator 没有正确更新。

为了更新 colorGenerator，colorController 类监督整个过程:

颜色 Controller .h:

#ifndef _COLORCONTROLLER_H
#define _COLORCONTROLLER_H

#include <list>
#include "colorGenerator.h"
#include "RGBPixel.h"
#include "globals.h"
#include "Arduino.h"

unsigned long millis();

typedef std::list<colorGenerator> generatorList;

class colorController
{
    public:
    virtual bool refresh();
    protected:
    generatorList generators;
};

#endif //_COLORCONTROLLER_H

如您所见， Controller 有一个 colorGenerators 列表和刷新它们的方法(从 loop() 调用)，除非在子类中被覆盖，否则会这样做:
bool colorController::refresh()
{
    for (generatorList::iterator it = generators.begin(); it != generators.end(); ++it)
    it->refresh();
    bool dirty = false;
    for (int i = NUM_OF_LEDS-1; i >= 0; --i)
    dirty |= RGBPixels[i].refresh();
    return dirty;
}

CC_Cascade 类(从 colorController 派生)设置如下:

CC_Cascade.h
#ifndef _CC_CASCADE_H
#define _CC_CASCADE_H

#include "colorController.h"

class CC_Cascade : public colorController
{
    public:
        CC_Cascade();
        ~CC_Cascade();
};

#endif //_CC_CASCADE_H

CC_Cascade.cpp
#include "CC_Cascade.h"
#include "CG_EmeraldWaters.h"

CC_Cascade::CC_Cascade()
{
    colorGenerator * freshBubblingSpring = new CG_EmeraldWaters();
    generators.push_back(*freshBubblingSpring);
    RGBPixels[0].setParent(freshBubblingSpring);
    RGBPixels[0].setDelay(40);
    for (int i = 1; i < NUM_OF_LEDS; ++i)
    {
    RGBPixels[i].setParent(&RGBPixels[i-1]);
    RGBPixels[i].setDelay(500-(9*i)); //FIXME: magic number only works for 50ish pixels
    }
}

CC_Cascade::~CC_Cascade()
{
    //TODO: delete generators
}

到目前为止这么清楚？
让我提请您注意 colorController::refresh() 函数。应该发生的是，每次调用它时，生成器列表中都有一个 colorGenerator(因为 CC_Cascade 构造函数把它放在那里)，它是一个 CG_EmeraldWaters。当 refresh() 被调用时(通过迭代器)，它调用 colorGenerator::refresh()，然后调用 updateColor()。在 CG_EmeraldWaters 的情况下，这是被覆盖的，所以应该调用 CG_EmeraldWaters::updateColor，给出绿松石色。使用一些串行写入语句进行调试，我可以看到 IN FACT colorGenerator::updateColor() 被调用，所以在这种情况下，我期望橙色，但这些都不会影响像素的颜色，这些都是保持 CG_EmeraldWaters 构造函数中设置的紫色。
稍微搞砸了，我在 colorGenerator::updateColor() 中添加了以下行:RGBPixels[0].setColor(255,127,0);第一个像素不是我希望的橙色，而是在紫色和橙色之间快速交替，这表明(恕我直言)我的新代码行正在完成它的工作，但随后像素又从 colorGenerator 中提取了原来的紫色，并且以某种方式 colorGenerator::updateColor() 不会改变 colorGenerator 的颜色(假设我没有收到编译错误，它在改变什么？)。

所以我的问题是:(QUESTIONSHERE)
1) 我如何从 colorGenerator::updateColor() 中更改 colorSource::currentR(/G/B) 的值，因为 currentR(/G/B) 在 colorSource 中被声明为 protected 并且 colorGenerator 直接派生自颜色来源？
2) 给定一个 CG_EmeraldWaters 的实例，我如何通过 colorGenerator::refresh() 调用 CG_EmeraldWaters::updateColor()，CG_EmeraldWaters 继承了它，因为 updateColor() 在 colorGenerator 中被声明为虚拟并在 CG_EmeraldWaters 中被覆盖？

下面是 colorGenerator 和 CG_EmeraldWaters 的代码:

颜色源.h:
#ifndef _COLORSOURCE_H
#define _COLORSOURCE_H

#include "Arduino.h"
#ifdef DEBUG
#include "colorGenerator.h" //FIXME: delete Me
#endif

//#define byte unsigned char
typedef byte colorStorage_t;

class colorSource
{
    public:
    colorSource();
        colorSource(colorStorage_t initialR, colorStorage_t initialG, colorStorage_t initialB);

    void setColor(colorStorage_t newR, colorStorage_t newG, colorStorage_t newB);
    //TODO: better implementation than this
    colorStorage_t getR();
    colorStorage_t getG();
    colorStorage_t getB();

    bool hasChanged();

    protected:
    colorStorage_t currentR;
    colorStorage_t currentG;
    colorStorage_t currentB;

    bool dirty;
#ifdef DEBUG
    friend colorGenerator; //FIXME: delete Me
#endif
};

#endif //_COLORSOURCE_H

颜色源.cpp:
#include "colorSource.h"

colorSource::colorSource()
{
    //nothing here
}

colorSource::colorSource(colorStorage_t initialR, colorStorage_t initialG, colorStorage_t initialB)
    :
    currentR(initialR),
    currentG(initialG),
    currentB(initialB)
{
    //intialised in the list
    Serial.println("Constructed Color Source with initial color");
}

void colorSource::setColor(colorStorage_t newR, colorStorage_t newG, colorStorage_t newB)
{
    currentR = newR;
    currentG = newG;
    currentB = newB;
}

colorStorage_t colorSource::getR()
{
    return currentR;
}

colorStorage_t colorSource::getG()
{
    return currentG;
}

colorStorage_t colorSource::getB()
{
    return currentB;
}

bool colorSource::hasChanged()
{
    return !dirty;
}

颜色生成器.h:
#ifndef _COLORGENERATOR_H
#define _COLORGENERATOR_H

#include "colorSource.h"
#ifdef DEBUG
#include "RGBPixel.h" //delete me, used for debugging!
#include "globals.h" //and me!
#endif

extern "C" unsigned long millis();

class colorGenerator : public colorSource
{
    public:
        colorGenerator(colorStorage_t initialR, colorStorage_t initialG, colorStorage_t initialB);
    bool refresh();

    protected:
    virtual void updateColor();

    unsigned long nextColorUpdate = 0;
    unsigned short delay = 40;
};

#endif //_COLORGENERATOR_H

颜色生成器.cpp:
#include "Arduino.h"

#include "colorGenerator.h"

colorGenerator::colorGenerator(colorStorage_t initialR, colorStorage_t initialG, colorStorage_t initialB)
    :
    colorSource(initialR,initialG,initialB)
{
    //intialised in the list
    //Serial.println("Constructed Color Generator");
}

bool colorGenerator::refresh()
{
#ifdef DEBUG
    Serial.print("colorGenerator::refresh()");
#endif
    if (millis() < nextColorUpdate)
    return false;
    nextColorUpdate = millis() + (unsigned long) delay;
    this->updateColor();
    return true;
}

void colorGenerator::updateColor() //this function gets called (even if it has been overridden in a child class), but the code in it doesn't have the desired effect
{
#ifdef DEBUG
    //Serial.print("colorGenerator::updateColor()");
    //RGBPixels[0].setColor(255,127,0);
#endif
    currentR = random(127,255);
    currentG = random(0,127);
    currentB = 0;
}

CG_EmeraldWaters.h:
#ifndef _CG_EMERALDWATERS_H
#define _CG_EMERALDWATERS_H

#include "colorGenerator.h"
#include "globals.h"
#include "RGBPixel.h"

class CG_EmeraldWaters : public colorGenerator
{
    public:
        CG_EmeraldWaters();

    protected:
        void updateColor();
};

#endif //_CG_EMERALDWATERS_H

CG_EmeraldWaters.cpp:
#include "Arduino.h"

#include "CG_EmeraldWaters.h"

CG_EmeraldWaters::CG_EmeraldWaters()
    :
    colorGenerator(255,0,255) //this color seems to stick! Changes made by updateColor() aren't propogated to the pixels.
{
    //initialised in list
    //Serial.println("Constructed Emerald Waters");
}

long random(long,long);

void CG_EmeraldWaters::updateColor() //this never seems to be called!
{
    currentR = 0;
    currentG = random(0,255);
    currentB = random(0,255);
}

最后，主草图文件:
#include "FastSPI_LED2.h"
#include <StandardCplusplus.h>

#include "colorController.h"
#include "RGBPixel.h"
#include "globals.h"
#include "CC_Cascade.h"

colorController * currentColorController;
RGBPixel RGBPixels[NUM_OF_LEDS];
struct CRGB ledString[NUM_OF_LEDS];

void setup()
{
#ifdef DEBUG
    //debugging:
    Serial.begin(9600);
    Serial.println("In Setup");
#endif

  // sanity check delay - allows reprogramming if accidently blowing power w/leds
    //delay(2000);
    LEDS.setBrightness(8);
    LEDS.addLeds<WS2801>(ledString, NUM_OF_LEDS);

    currentColorController = new CC_Cascade();
}

void writeValuesToString()
{
    for (int i = 0; i < NUM_OF_LEDS; ++i)
    ledString[i] = CRGB(RGBPixels[i].getR(),RGBPixels[i].getG(),RGBPixels[i].getB());
    LEDS.show();
}

void loop()
{
    static bool dirty = false; //indicates whether pixel values have changed since last hardware write
    //unsigned long lastHardwareWrite = 0; //time of last hardware write - only do this once per milisecond to avoid flicker (this method doesn't work, still flickers)

    dirty |= currentColorController->refresh();
    if (dirty)
    {
    dirty = false;
    writeValuesToString();
        delay(1); //to prevent flicker
    }
}

最佳答案

你的问题是由于所谓的object slicing .这是发生了什么:当你声明一个类型为 generatorList 的列表时

typedef std::list<colorGenerator> generatorList;

其成员仅限于 colorGenerator 中的内容.派生类中的任何内容都无关紧要，因此当您推送时
colorGenerator * freshBubblingSpring = new CG_EmeraldWaters();
generators.push_back(*freshBubblingSpring);
CG_EmeraldWaters不在 colorGenerator 中的部分被“切掉”；你最终会得到 colorGenerator 的版本.

其原因在上面链接的维基百科文章中进行了描述。要解决此问题，请将列表更改为包含指针，最好是 smart pointers , 指向 colorGenerator实例。那么切片问题将不再相关:
typedef std::list<unique_ptr<colorGenerator> > generatorList;
...
unique_ptr<colorGenerator> freshBubblingSpring(new CG_EmeraldWaters());
generators.push_back(freshBubblingSpring);

关于c++ - 多态类的行为不符合预期，我们在Stack Overflow上找到一个类似的问题： https://stackoverflow.com/questions/20461108/

上一篇：c# - std::vector<bool> a (b, false);在 C# 中

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