Question

我想要一个类Value，它们都具有运行时多态行为和值语义。例如，我希望能够做到这样的事情：

// create polymorphic data
Value v1 = IntValue(42);
Value v2 = DoubleValue(12.3);

// copy-by-value semantics
Value v3 = v1; 
v3.increments();
Value v4;
v4 = v2;
v4.increments();

// possibly put them in my favourite container
MyList<Value> l;
l << v1 << v2 << v3 << v4;

// print them: "Int(42) Double(12.0) Int(43) Double(13.0) "
for(int i=0; i<l.size(); i++) l[i].print();

是否有可能，如果可以，怎么样？

^{注意：不希望将boost或C ++ 11智能指针用作here：它们会使调用者代码变得冗长，使用->代替{ {1}}，并且没有实现真值语义的复制构造函数或赋值运算符。此外，这个问题并不是专门针对容器的。}

Answer 1

很难知道你在这里想要达到的目标，但首先猜测（即将推出的）Boost Type Erasure库似乎是合适的吗？

any<
    mpl::vector<
        copy_constructible<>,
        typeid_<>,
        incrementable<>,
        ostreamable<>
    >
> x(10);
++x;
std::cout << x << std::endl; // prints 11

（来自docs的例子）。

Answer 2

是的，这是可能的，但当然必须是一些隐藏指针，并且实际数据必须存储在堆上。原因是数据的实际大小在编译时是不可知的，然后不能在堆栈上。

我们的想法是通过多态类ValueImpl的指针存储实际的实现，它提供您需要的任何虚拟方法，例如increments()或print()，另外还有一个方法clone()，以便您的班级Data能够实现价值语义：

class ValueImpl
{
public:
    virtual ~ValueImpl() {};
    virtual std::unique_ptr<ValueImpl> clone() const { return new ValueImpl(); }
    virtual void increments() {}
    virtual void print() const { std::cout << "VoidValue "; }
};

class Value
{
private:
    ValueImpl * p_; // The underlying pointer

public:
    // Default constructor, allocating a "void" value
    Value() : p_(new ValueImpl) {}

    // Construct a Value given an actual implementation:
    // This allocates memory on the heap, hidden in clone()
    // This memory is automatically deallocated by unique_ptr
    Value(const ValueImpl & derived) : p_(derived.clone()) {}

    // Destruct the data (unique_ptr automatically deallocates the memory)
    ~Value() {}

    // Copy constructor and assignment operator:
    // Implements a value semantics by allocating new memory 
    Value(const Value & other) : p_(other.p_->clone()) {}
    Value & operator=(const Value & other) 
    {
        if(&other != this)
        {
            p_ = std::move(other.p_->clone());
        }
        return *this;
    }

    // Custom "polymorphic" methods
    void increments() { p_->increments(); }
    void print()      { p_->print(); }
};

包含的指针存储在C ++ 11 std::unique_ptr<ValueImpl>中，以确保在销毁或分配新值时释放内存。

最终可以通过以下方式定义派生的实现：

class IntValue : public ValueImpl
{
public:
    IntValue(int k) : k_(k) {}
    std::unique_ptr<IntValue> clone() const
    {
        return std::unique_ptr<IntValue>(new IntValue(k_)); 
    }
    void increments() { k_++; }
    void print() const { std::cout << "Int(" << k_ << ") "; }

private:
    int k_;
};

class DoubleValue : public ValueImpl
{
public:
    DoubleValue(double x) : x_(x) {}
    std::unique_ptr<DoubleValue> clone() const
    {
        return std::unique_ptr<DoubleValue>(new DoubleValue(k_)); 
    }
    void increments() { x_ += 1.0; }
    void print() const { std::cout << "Double(" << x_ << ") "; }

private:
    int x_;
};

这足以使问题中的代码段无需任何修改即可运行。这提供了运行时多态性与值语义，而不是传统的运行时多态性与C ++语言内置的指针语义。事实上，多态性的概念（处理根据其真实“类型”行为不同的通用对象）独立于指针的概念（能够通过使用对象的地址共享内存和优化函数调用），以及恕我直言实现细节更多的是多态性仅通过C ++中的指针提供。上面的代码是一种解决方法，可以在使用指针时“利用多态”而不是“哲学上需要”，从而简化了内存管理。

注意：感谢CaptainObvlious提供了我部分整合的贡献和他演化的代码available here。未整合的是：

为了简化派生实现的创建，您可能需要创建一个中间模板类
您可能更喜欢使用抽象接口而不是非抽象基类

Answer 3

polymorphic_value已被提议用于标准化，并且具有您需要的一些语义。您必须定义自己的operator <<。

polymorphic_value<T>可以保存从T公开派生的类的对象，复制polymorphic_value将复制派生类型的对象。

polymorphic_value<T>使用类型擦除实现，并使用派生对象的编译器生成的复制构造函数来正确复制存储为polymorphic_value<BaseType>的对象。

定义复制构造函数和赋值运算符，以使对象具有类似值。无需使用或定义自定义clone方法。

简而言之：

template <class T>
struct control_block 
{
  virtual ~control_block() = default;
  virtual T* ptr() = 0;
  virtual std::unique_ptr<control_block> clone() const = 0;
};

template <class T>
class polymorphic_value {
  std::unique_ptr<control_block<T>> cb_;
  T* ptr_ = nullptr;

 public:
  polymorphic_value() = default;

  polymorphic_value(const polymorphic_value& p) :
    cb_(p.cb_->clone())
  {
    ptr_ = cb_->ptr();
  }

  T* operator->() { return ptr_; }
  const T* operator->() const { return ptr_; }

  T& operator*() { return *ptr_; }
  const T& operator*() const { return *ptr_; }

  // Some methods omitted/deferred.
};

控制块的特化允许定义其他构造函数。

此处讨论了动机和设计：

the others in the package

在这里

https://github.com/jbcoe/polymorphic_value/blob/master/talks/2017_1_25_cxx_london.md

可以在此处找到带有测试的完整实现：

https://github.com/jbcoe/polymorphic_value/blob/master/draft.md

具有值语义的运行时多态类

3 个答案: