C++ 可克隆混合

Question

我有几个类需要以下 clone待定义函数:

struct Base
{
  virtual Base * clone() const = 0;
};

struct A : public Base
{
    Base * clone() const {
      return new A(*this);
  }
};

struct B : public Base
{
    Base * clone() const {
      return new B(*this);
  }
};

struct X : public Base2
{
    Base2 * clone() const {
      return new X(*this);
  }
};

我正在尝试使用 Cloneable mixin 来避免这种冗余代码:

template <typename BASE, typename TYPE>
class CloneableMixin
{
public:
  BASE*clone() const {
    return new TYPE( dynamic_cast<const TYPE &>(*this) );
  }
};

struct A : public Base, public CloneableMixin<Base, A>
{
};

然而，这是行不通的，因为在new TYPE(*this)来自 CloneableMixin , *this类型为 CloneableMixin<BASE, TYPE> .

更新: CloneableMixin可以dynamic_cast到正确的类型。但现在我有另一个问题:CloneableMixin::clone没有成功覆盖 Base::clone ，因此编译器报告 A 是抽象类型。

可以巧妙地使用virtual吗？允许继承 CloneableMixin::clone覆盖 Base::clone ？我应该为此使用一些宏吗？

您知道解决所有这些冗余代码的方法吗？

Answer 1

Can some clever use of virtual inheritance allow CloneableMixin::clone to override Base::clone?

你的 CloneableMixin<Base,Derived>不能覆盖 Base 的任何方法- 任何一个 多态或隐藏 - 因为 CloneableMixin<Base,Derived>是 不是来自 Base .

另一方面，如果CloneableMixin<Base,Derived> 是源自Base 你将不再需要它是一个 mixin，因为 -

class Derived : public CloneableMixin<Base,Derived> {....};

会继承Base .

因此，对于您的示例的需要，此处说明的解决方案就足够了:

#include <iostream>

// cloner v1.0
template <class Base, class Derived>
struct cloner : Base
{
    Base *clone() const override {
        return new Derived( dynamic_cast<const Derived &>(*this) );
    }
    ~cloner() override {};
};

struct Base
{
    virtual Base * clone() const = 0;
    Base() {
        std::cout << "Base()" << std::endl;
    }
    virtual ~Base() {
        std::cout << "~Base()" << std::endl;
    }
};


struct A : cloner<Base,A> 
{
    A() {
        std::cout << "A()" << std::endl;
    }
    ~A() override {
        std::cout << "~A()" << std::endl;
    }
};

int main()
{
    A a;
    Base * pb = a.clone();
    delete pb;
}

(如果您正在编译为 C++03 标准而不是 C++11，那么您可能 只需删除出现的 override关键字。)

这个解决方案将分解为一些更真实的类层次结构， 例如在这张 Template Method Pattern 的插图中:

#include <iostream>
#include <memory>

using namespace std;

// cloner v1.0
template<class B, class D>
struct cloner : B
{
    B *clone() const override {
        return new D(dynamic_cast<D const&>(*this));
    }
    ~cloner() override {}       
};

/*  Abstract base class `abstract` keeps the state for all derivatives
    and has some pure virtual methods. It has some non-default
    constructors. 
*/
struct abstract 
{
    virtual ~abstract() {
        cout << "~abstract()" << endl;
    }
    int get_state() const {
        return _state;
    }
    void run() {
        cout << "abstract::run()" << endl;
        a_root_method();
        another_root_method();
    }
    virtual void a_root_method() = 0;
    virtual void another_root_method() = 0;
    virtual abstract * clone() const = 0;

protected:

    abstract()
    : _state(0) {
        cout << "abstract(): state = " << get_state() << endl;
    }
    explicit abstract(int state) : _state(state) {
        cout << "abstract(" << state << ") : state = " 
        << get_state() << endl;
    }   
    int _state;
};

/*  Concrete class `concrete` inherits `abstract`
    and implements the pure virtual methods.
    It echoes the constructors of `abstract`. Since `concrete`
    is concrete, it requires cloneability. 
*/
struct concrete : cloner<abstract,concrete> 
{   
    concrete() { 
        cout << "concrete(): state = " << get_state() << endl;
    }
    explicit concrete(int state) : abstract(state) {  //<- Barf!
        cout << "concrete(" << state << ") : state = " 
            << get_state() << endl;
    }
    ~concrete() override {
        cout << "~concrete()" << endl;
    }
    void a_root_method() override {
        ++_state; 
        cout << "concrete::a_root_method() : state = " 
            << get_state() << endl;
    }
    void another_root_method() override {
        --_state;
        cout << "concrete::another_root_method() : state = " 
            << get_state() << endl;
    }       
};

int main(int argc, char **argv)
{
    concrete c1;
    unique_ptr<abstract> pr(new concrete(c1));
    pr->a_root_method();
    pr->another_root_method();
    unique_ptr<abstract> pr1(pr->clone());
    pr1->a_root_method();
    return 0;
}

当我们尝试构建它时，编译器会在 初始化abstract(state)在 concrete 的构造函数中(在 Barf! 评论)，说:

error: type 'abstract' is not a direct or virtual base of 'concrete'

或类似的词。事实上，concrete 的直接基础不是 abstract 但是cloner<abstract,concrete> .但是，我们不能将构造函数重写为:

/*Plan B*/ explicit concrete(int state) : cloner<abstract,concrete>(state){....}

因为没有这样的构造函数

cloner<abstract,concrete>::cloner<abstract,concrete>(int)

但是编译器的诊断建议修复。 这是是虚拟的 继承可以提供帮助。我们需要 abstract成为concrete的虚拟基地， 哪个 有效地意味着“concrete 的荣誉直接基地”，我们可以实现这一点 只需制作 B cloner<B,D> 的虚拟 基地:

// cloner v1.1
template<class B, class D>
struct cloner : virtual B
{
    B *clone() const override {
        return new D(dynamic_cast<D const&>(*this));
    }
    ~cloner() override {}       
};

这样，我们就有了一个干净的构建和输出:

abstract(): state = 0
concrete(): state = 0
concrete::a_root_method() : state = 1
concrete::another_root_method() : state = 0
concrete::a_root_method() : state = 1
~concrete()
~abstract()
~concrete()
~abstract()
~concrete()
~abstract()

原则上有充分的理由警惕虚拟继承 并保留它的使用至少在它具有建筑学的情况下 基本原理 - 不是为了解决方法，因为我们刚才已经使用了它。

如果我们更愿意在没有虚拟继承的情况下解决这个问题，那么我们 必须以某种方式确保有 cloner<B,D> 的构造函数那 回显 B 的任何构造函数, 对于任意 B .然后任意对应 D 的构造函数将能够初始化其直接基cloner<B,D> 无论争论是什么。

这是 C++03 的白日梦，但具有可变参数模板的魔力 C++11 中的参数很简单:

// cloner v1.2
template<class B, class D>
struct cloner : B
{
    B *clone() const override {
        return new D(dynamic_cast<D const&>(*this));
    }
    ~cloner() override {}
    // "All purpose constructor"
    template<typename... Args>
    explicit cloner(Args... args)
    : B(args...){}  
};

有了这个，我们可以重写 concrete构造函数为 /*Plan B*/ ， 和 我们再次拥有正确的构建和可执行文件。