有没有办法从保存类名的字符串中实例化对象？

Question

我有一个文件：Base.h

class Base;
class DerivedA : public Base;
class DerivedB : public Base;

/*etc...*/

还有另一个文件：BaseFactory.h

#include "Base.h"

class BaseFactory
{
public:
  BaseFactory(const string &sClassName){msClassName = sClassName;};

  Base * Create()
  {
    if(msClassName == "DerivedA")
    {
      return new DerivedA();
    }
    else if(msClassName == "DerivedB")
    {
      return new DerivedB();
    }
    else if(/*etc...*/)
    {
      /*etc...*/
    }
  };
private:
  string msClassName;
};

/*etc.*/

有没有办法以某种方式将此字符串转换为实际类型（类），这样 BaseFactory 就不必知道所有可能的派生类，并且每个都有 if() ？我可以从这个字符串生成一个类吗？

我认为这可以通过反射在 C# 中完成。 C++中有类似的东西吗？

Answer 1

不，没有，除非您自己进行映射。 C++ 没有创建类型在运行时确定的对象的机制。不过，您可以使用地图自己进行映射：

template<typename T> Base * createInstance() { return new T; }

typedef std::map<std::string, Base*(*)()> map_type;

map_type map;
map["DerivedA"] = &createInstance<DerivedA>;
map["DerivedB"] = &createInstance<DerivedB>;

然后你就可以了

return map[some_string]();

获取一个新实例。另一个想法是让类型自己注册：

// in base.hpp:
template<typename T> Base * createT() { return new T; }

struct BaseFactory {
    typedef std::map<std::string, Base*(*)()> map_type;

    static Base * createInstance(std::string const& s) {
        map_type::iterator it = getMap()->find(s);
        if(it == getMap()->end())
            return 0;
        return it->second();
    }

protected:
    static map_type * getMap() {
        // never delete'ed. (exist until program termination)
        // because we can't guarantee correct destruction order 
        if(!map) { map = new map_type; } 
        return map; 
    }

private:
    static map_type * map;
};

template<typename T>
struct DerivedRegister : BaseFactory { 
    DerivedRegister(std::string const& s) { 
        getMap()->insert(std::make_pair(s, &createT<T>));
    }
};

// in derivedb.hpp
class DerivedB {
    ...;
private:
    static DerivedRegister<DerivedB> reg;
};

// in derivedb.cpp:
DerivedRegister<DerivedB> DerivedB::reg("DerivedB");

您可以决定为注册创建一个宏

#define REGISTER_DEC_TYPE(NAME) \
    static DerivedRegister<NAME> reg

#define REGISTER_DEF_TYPE(NAME) \
    DerivedRegister<NAME> NAME::reg(#NAME)

我相信这两个有更好的名字。在这里使用可能有意义的另一件事是shared_ptr。

如果你有一组没有公共基类的不相关类型，你可以给函数指针一个返回类型boost::variant<A, B, C, D, ...>。就像你有一个类 Foo、Bar 和 Baz，它看起来像这样：

typedef boost::variant<Foo, Bar, Baz> variant_type;
template<typename T> variant_type createInstance() { 
    return variant_type(T()); 
}

typedef std::map<std::string, variant_type (*)()> map_type;

boost::variant 就像一个联合体。它通过查看用于初始化或分配给它的对象来知道其中存储了哪种类型。查看它的文档here。最后，使用原始函数指针也有点陈旧。现代 C++ 代码应该与特定的函数/类型分离。您可能想查看Boost.Function 以寻找更好的方法。它看起来像这样（地图）：

typedef std::map<std::string, boost::function<variant_type()> > map_type;

std::function 也将在下一个 C++ 版本中可用，包括std::shared_ptr。

Answer 2

不，没有。我对这个问题的首选解决方案是创建一个将名称映射到创建方法的字典。想要像这样创建的类然后向字典注册创建方法。这在GoF patterns book 中有详细讨论。

Answer 3

简短的回答是你不能。请参阅这些 SO 问题了解原因：

1. Why does C++ not have reflection?
2. How can I add reflection to a C++ application?

Answer 4

我已经回答了关于 C++ 工厂的另一个 SO 问题。如果对灵活工厂感兴趣，请参阅there。我尝试从 ET++ 中描述一种使用宏的旧方法，这对我来说非常有用。

ET++ 是一个将旧 MacApp 移植到 C++ 和 X11 的项目。在此过程中，Eric Gamma 等人开始考虑设计模式

Answer 5

boost::functional 有一个非常灵活的工厂模板：http://www.boost.org/doc/libs/1_54_0/libs/functional/factory/doc/html/index.html

我的偏好是生成隐藏映射和对象创建机制的包装类。我遇到的常见场景是需要将某个基类的不同派生类映射到键，其中派生类都有一个可用的公共构造函数签名。这是我到目前为止提出的解决方案。

#ifndef GENERIC_FACTORY_HPP_INCLUDED

//BOOST_PP_IS_ITERATING is defined when we are iterating over this header file.
#ifndef BOOST_PP_IS_ITERATING

    //Included headers.
    #include <unordered_map>
    #include <functional>
    #include <boost/preprocessor/iteration/iterate.hpp>
    #include <boost/preprocessor/repetition.hpp>

    //The GENERIC_FACTORY_MAX_ARITY directive controls the number of factory classes which will be generated.
    #ifndef GENERIC_FACTORY_MAX_ARITY
        #define GENERIC_FACTORY_MAX_ARITY 10
    #endif

    //This macro magic generates GENERIC_FACTORY_MAX_ARITY + 1 versions of the GenericFactory class.
    //Each class generated will have a suffix of the number of parameters taken by the derived type constructors.
    #define BOOST_PP_FILENAME_1 "GenericFactory.hpp"
    #define BOOST_PP_ITERATION_LIMITS (0,GENERIC_FACTORY_MAX_ARITY)
    #include BOOST_PP_ITERATE()

    #define GENERIC_FACTORY_HPP_INCLUDED

#else

    #define N BOOST_PP_ITERATION() //This is the Nth iteration of the header file.
    #define GENERIC_FACTORY_APPEND_PLACEHOLDER(z, current, last) BOOST_PP_COMMA() BOOST_PP_CAT(std::placeholders::_, BOOST_PP_ADD(current, 1))

    //This is the class which we are generating multiple times
    template <class KeyType, class BasePointerType BOOST_PP_ENUM_TRAILING_PARAMS(N, typename T)>
    class BOOST_PP_CAT(GenericFactory_, N)
    {
        public:
            typedef BasePointerType result_type;

        public:
            virtual ~BOOST_PP_CAT(GenericFactory_, N)() {}

            //Registers a derived type against a particular key.
            template <class DerivedType>
            void Register(const KeyType& key)
            {
                m_creatorMap[key] = std::bind(&BOOST_PP_CAT(GenericFactory_, N)::CreateImpl<DerivedType>, this BOOST_PP_REPEAT(N, GENERIC_FACTORY_APPEND_PLACEHOLDER, N));
            }

            //Deregisters an existing registration.
            bool Deregister(const KeyType& key)
            {
                return (m_creatorMap.erase(key) == 1);
            }

            //Returns true if the key is registered in this factory, false otherwise.
            bool IsCreatable(const KeyType& key) const
            {
                return (m_creatorMap.count(key) != 0);
            }

            //Creates the derived type associated with key. Throws std::out_of_range if key not found.
            BasePointerType Create(const KeyType& key BOOST_PP_ENUM_TRAILING_BINARY_PARAMS(N,const T,& a)) const
            {
                return m_creatorMap.at(key)(BOOST_PP_ENUM_PARAMS(N,a));
            }

        private:
            //This method performs the creation of the derived type object on the heap.
            template <class DerivedType>
            BasePointerType CreateImpl(BOOST_PP_ENUM_BINARY_PARAMS(N,const T,& a))
            {
                BasePointerType pNewObject(new DerivedType(BOOST_PP_ENUM_PARAMS(N,a)));
                return pNewObject;
            }

        private:
            typedef std::function<BasePointerType (BOOST_PP_ENUM_BINARY_PARAMS(N,const T,& BOOST_PP_INTERCEPT))> CreatorFuncType;
            typedef std::unordered_map<KeyType, CreatorFuncType> CreatorMapType;
            CreatorMapType m_creatorMap;
    };

    #undef N
    #undef GENERIC_FACTORY_APPEND_PLACEHOLDER

#endif // defined(BOOST_PP_IS_ITERATING)
#endif // include guard

我通常反对大量使用宏，但我在这里做了一个例外。上面的代码生成一个名为 GenericFactory_N 的类的 GENERIC_FACTORY_MAX_ARITY + 1 个版本，每个 N 介于 0 和 GENERIC_FACTORY_MAX_ARITY 之间。

使用生成的类模板很容易。假设您希望工厂使用字符串映射创建 BaseClass 派生对象。每个派生对象都采用 3 个整数作为构造函数参数。

#include "GenericFactory.hpp"

typedef GenericFactory_3<std::string, std::shared_ptr<BaseClass>, int, int int> factory_type;

factory_type factory;
factory.Register<DerivedClass1>("DerivedType1");
factory.Register<DerivedClass2>("DerivedType2");
factory.Register<DerivedClass3>("DerivedType3");

factory_type::result_type someNewObject1 = factory.Create("DerivedType2", 1, 2, 3);
factory_type::result_type someNewObject2 = factory.Create("DerivedType1", 4, 5, 6);

GenericFactory_N 类析构函数是虚拟的以允许以下操作。

class SomeBaseFactory : public GenericFactory_2<int, BaseType*, std::string, bool>
{
    public:
        SomeBaseFactory() : GenericFactory_2()
        {
            Register<SomeDerived1>(1);
            Register<SomeDerived2>(2);
        }
}; 

SomeBaseFactory factory;
SomeBaseFactory::result_type someObject = factory.Create(1, "Hi", true);
delete someObject;

注意这行通用工厂生成器宏

#define BOOST_PP_FILENAME_1 "GenericFactory.hpp"

假设通用工厂头文件名为 GenericFactory.hpp

Answer 6

注册对象的详细解决方案，并使用字符串名称访问它们。

common.h:

#ifndef COMMON_H_
#define COMMON_H_


#include<iostream>
#include<string>
#include<iomanip>
#include<map>

using namespace std;
class Base{
public:
    Base(){cout <<"Base constructor\n";}
    virtual ~Base(){cout <<"Base destructor\n";}
};
#endif /* COMMON_H_ */

test1.h:

/*
 * test1.h
 *
 *  Created on: 28-Dec-2015
 *      Author: ravi.prasad
 */

#ifndef TEST1_H_
#define TEST1_H_
#include "common.h"

class test1: public Base{
    int m_a;
    int m_b;
public:
    test1(int a=0, int b=0):m_a(a),m_b(b)
    {
        cout <<"test1 constructor m_a="<<m_a<<"m_b="<<m_b<<endl;
    }
    virtual ~test1(){cout <<"test1 destructor\n";}
};



#endif /* TEST1_H_ */

3. test2.h
#ifndef TEST2_H_
#define TEST2_H_
#include "common.h"

class test2: public Base{
    int m_a;
    int m_b;
public:
    test2(int a=0, int b=0):m_a(a),m_b(b)
    {
        cout <<"test1 constructor m_a="<<m_a<<"m_b="<<m_b<<endl;
    }
    virtual ~test2(){cout <<"test2 destructor\n";}
};


#endif /* TEST2_H_ */

main.cpp:

#include "test1.h"
#include "test2.h"

template<typename T> Base * createInstance(int a, int b) { return new T(a,b); }

typedef std::map<std::string, Base* (*)(int,int)> map_type;

map_type mymap;

int main()
{

    mymap["test1"] = &createInstance<test1>;
    mymap["test2"] = &createInstance<test2>;

     /*for (map_type::iterator it=mymap.begin(); it!=mymap.end(); ++it)
        std::cout << it->first << " => " << it->second(10,20) << '\n';*/

    Base *b = mymap["test1"](10,20);
    Base *b2 = mymap["test2"](30,40);

    return 0;
}

编译并运行它（已经用 Eclipse 完成了）

输出：

Base constructor
test1 constructor m_a=10m_b=20
Base constructor
test1 constructor m_a=30m_b=40

Answer 7

Tor Brede Vekterli 提供了一个增强扩展，可提供您所寻求的功能。目前，它与当前的 boost 库配合有点尴尬，但我能够在更改其基本命名空间后使其与 1.48_0 一起使用。

http://arcticinteractive.com/static/boost/libs/factory/doc/html/factory/factory.html#factory.factory.reference

回答那些质疑为什么这样的东西（如反射）对 c++ 有用的人的回答 - 我将它用于 UI 和引擎之间的交互 ​​- 用户在 UI 中选择一个选项，然后引擎获取 UI选择字符串，并生成所需类型的对象。

在这里使用框架的主要好处（在某处维护一个水果列表）是注册函数在每个类的定义中（并且只需要一行代码调用每个注册类的注册函数） - 而不是包含水果列表的文件，每次派生新类时都必须手动添加。

我将工厂设置为我的基类的静态成员。

Answer 8

意思是Java中的反射。 这里有一些信息： http://msdn.microsoft.com/en-us/library/y0114hz2(VS.80).aspx

一般来说，谷歌搜索“c++反射”

Answer 9

这是工厂模式。请参阅维基百科（和 this 示例）。如果没有一些令人震惊的黑客行为，您就无法从字符串创建类型本身。为什么需要这个？

Answer 10

是的，可以不使用框架和宏，只获取类方法和构造函数的内存地址。当为此操作配置时，您可以从链接器生成的映射中检索它们。

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https://ealaframework.no-ip.org/wiki/page/c.reference