Question

假设一个类代表一个3x3矩阵，并在其构造函数中取9个任意数字，并让该类具有inverse（）方法。由于NOT并非所有矩阵都是可逆的，因此inverse（）方法返回一个可选值（或可空指针），调用者必须在运行时检查它。

然而，某些3x3矩阵总是可逆的，只要矩阵中的值遵循某些规则，例如： 3D旋转矩阵。我们可以用子类来编纂它，它不允许直接构造，但是通过使用一些特殊规则来构造，例如围绕笛卡尔轴的旋转角度。

最终结果是这个层次结构，它应该允许层次结构的客户端在使用子类时具有编译时安全性（例如，客户端保证object.rotate（rotationMatrix.inverse（））将始终有效，假设rotationMatrix属于RotationMatrix类型：

class Matrix {
 public:
  Matrix(double e_0_0, double e_0_1, double e_0_2,
         double e_1_0, double e_1_1, double e_1_2,
         double e_2_0, double e_2_1, double e_2_2) {
      ...
  }

  std::unique_ptr<Matrix3x3> inverse() const {
    if (isInvertible) {
      return std::unique_ptr(new Matrix3x3(...));
    }

    return std::unique_ptr();
  }
}

class RotationMatrix : public Matrix3x3 {
 public:
  static RotationMatrix getRotationAroundX(double angle) {
    return asRotationMatrix(Matrix(1,          0,           0,
                                   0, cos(angle), -sin(angle),
                                   0, sin(angle), cos(angle)));
  }

  RotationMatrix inverse() const {
    return asRotationMatrix(*Matrix::inverse().get()));
  }

 private:
  static const RotationMatrix3D& asRotationMatrix(const Matrix3x3& matrix) {
    return static_cast<const RotationMatrix3D&>(matrix);
  }
}

所以要打破原来的问题：

是否有上述模式以外的模式来实现此功能？
如果不存在其他模式，C ++中是否有一种方法可以防止（或者至少清楚地向未来的开发人员发出信号）子类不得引入新的状态或构造函数以避免出现问题（例如切片等）？

Answer 1

在这里，您点击了circle/ellipse problem：

最好不得不使用不同的类并使用组合：

class RotationMatrix {
public:

    static RotationMatrix getRotationAroundX(double angle) {
        return { Matrix(1,          0,           0,
                        0, cos(angle), -sin(angle),
                        0, sin(angle), cos(angle))};
     }

     RotationMatrix inverse() const {
        return {*Matrix::inverse().get()});
     }

     const Matrix3x3& AsMatrix() const { return matrix; }

 private:
     static RotationMatrix(const Matrix3x3& matrix) : matrix(matrix) {}
     Matrix3x3 matrix;
};

Answer 2

这些约束应该通过接口强制执行，在这种情况下，通过构造函数和任何可能的可用mutator（setter）。这就是你描述的模式。

为了防止未来的开发人员通过继承搞乱您的类的内部，通过声明private来使相关数据成员（即您想要保护的成员）无法访问。

从C ++ 11开始，你也可以声明你的类final，这样任何人都无法继承它。

Answer 3

在C ++中是否有一种方法可以防止（或者至少清楚地向未来的开发人员发出信号）子类必须不引入新的状态？不幸的是答案是否定的。任何OO语言中的所有层次结构都将其用作通用规则：子类可以完成其父类所做的所有操作，并可以添加其他方法和属性

如果您有特殊要求，您可以做得更好，就是撰写文档并在那里明确说明。

是否存在用于强制执行子类数据规则的设计模式？

3 个答案: