如何解决派生类的 C++ 查找表
我有一个包装类,通过对公共基类的引用向量来保存一堆派生类对象。在运行时,子对象是根据用户输入创建的。
#include <iostream>
#include <vector>
#include <memory>
#include <type_traits>
class Base {
public:
virtual void run() = 0;
};
class Wrapper {
public:
std::vector<std::shared_ptr<Base>> blocks;
template <class Child>
auto create() -> std::shared_ptr<Child>
{
auto block = std::make_shared < Child > ();
blocks.emplace_back(block);
return std::move(block);
}
template <typename A,typename B>
void connect(A a,B b)
{
using connectionType = typename A::element_type::out;
connectionType* port = new connectionType;
a.get()->ptr_out = port;
b.get()->ptr_in = port;
}
};
class Child_1 : public Base {
public:
using in = int;
using out = float;
out* ptr_out;
in* ptr_in;
void run() { std::cout<<"running child 1\n"; *ptr_out = 1.234;};
};
class Child_2 : public Base {
public:
using in = float;
using out = bool;
out* ptr_out;
in* ptr_in;
void run() { std::cout<<"running child 2\ngot: "<<*ptr_in; };
};
int main () {
Wrapper wrapper;
/* read config file with a list of strings of which types to create */
std::vector < std::string > userInput;
userInput.push_back("Type 0");
userInput.push_back("Type 1");
for (auto input:userInput)
{
if (input == "Type 0")
wrapper.create < Child_1 > ();
else if (input == "Type 1")
wrapper.create < Child_2 > ();
/* and so on */
}
/* read config file with a list of pairs of which objects to connect */
std::vector < std::pair < int,int >>connections;
connections.push_back(std::make_pair(0,1));
// e.g. user wants to connect object 0 with object 1:
for (int i = 0; i < connections.size (); i++)
{
auto id0 = connections[i].first; // e.g. 0
auto id1 = connections[i].second; //e.g. 1
// this will not work because Base has no typename in / out:
// wrapper.connect (wrapper.blocks[id0],wrapper.blocks[id1]);
// workaround:
wrapper.connect(
std::dynamic_pointer_cast<Child_1>(wrapper.blocks[id0]),std::dynamic_pointer_cast<Child_2>(wrapper.blocks[id1]));
}
wrapper.blocks[0].get()->run();
wrapper.blocks[1].get()->run();
return 0;
}
现在,我只能存储一个 Base 对象的向量,它不能保存每个派生对象的不同输入/输出类型。 当我想连接派生对象(它们存储为基类对象)时,我需要将它们 dynamic_pointer_cast 回它们的派生类。执行此操作的最有效方法是什么?
我能想到的有几种方法 -(据我所知)用 C++ 似乎都不可能:
- 有某种查找表/枚举,它返回要转换的类型;然后,我可以创建从用户输入“Type 0”等到类型的映射并相应地进行转换。
- 具有某种类似 lambda 的表达式,可以返回正确转换的指针类型,以便我可以调用
wrapper.connect( lambda_expression(...),lambda_expression(...) )
。 - 蛮力:检查用户输入的每个可能组合,并使用 dynamic_pointer_cast 调用连接函数(如编码示例所示)。这很可能不适合我的实际应用程序(目前使用大约 25 个这样的类),因为它会导致大量不可维护的函数调用......
- 以某种方式为 Base 类提供通用输入/输出类型,但我想不出任何方法可以这样做。
我真的希望我遗漏了一些明显的东西。非常感谢任何帮助。
解决方法
这看起来像是双重动态分派的典型案例,但有一个可能的简化,即输出和输入类型必须匹配。因此,这是一种半访问者模式。
首先,我们将输入和输出类型的概念提取到类中,以便dynamic_cast
可以针对它们:
template <class In_>
struct BaseInput {
using In = In_;
std::shared_ptr<In> ptr_in;
};
template <class Out_>
struct BaseOutput {
using Out = Out_;
std::shared_ptr<Out> ptr_out;
};
注意:我已经交换了 std::shared_ptr
而不是让原始拥有指针随意使用。
从那里,我们可以在 connectTo
中声明一个虚拟的 Base
函数以获得第一级动态调度:
class Base {
public:
virtual ~Base() = default;
virtual void run() = 0;
virtual void connectTo(Base &other) = 0;
};
注意:我在 Base
中添加了一个虚拟析构函数。 AFAICT 由于 std::shared_ptr
的类型擦除,它是多余的,但是 Clang 向我发出警告,我不愿意追捕它们。
最后,第二个动态查找可以通过 Base::connectTo
的覆盖来完成,我已经在一个方便的模板中考虑了这一点:
template <class In,class Out>
struct Child
: Base,BaseInput<In>,BaseOutput<Out> {
void connectTo(Base &other_) override {
// Throws std::bad_cast if other_'s input type doesn't match our output type
auto &other = dynamic_cast<BaseInput<Out> &>(other_);
this->ptr_out = other.ptr_in = std::make_shared<Out>();
}
};
此时访问者模式将交换对象并从 other_
执行第二次虚拟调用以获得第二次动态调度。但是,如上所述,我们确切地知道要查找的类型,因此我们只需 dynamic_cast
即可找到它。
现在我们可以简单地实现 Wrapper::connect
:
template < typename A,typename B > void connect (A a,B b)
{
a.get()->connectTo(*b.get());
}
...并以这种方式定义子类:
class Child_1 : public Child<int,float> {
public:
void run() { std::cout<<"running child 1\n"; *ptr_out = 1.234;};
};
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