C++ 将多种类型推送到向量上

Question

注意：我知道之前有人在 SO 上提出过类似的问题，但我没有发现它们有帮助或很清楚。

第二点：对于这个项目/任务的范围，我尽量避免使用第三方库，例如 Boost。

我正在尝试查看是否有一种方法可以让单个向量在其每个索引中保存多种类型。例如，假设我有以下代码示例：

vector<something magical to hold various types> vec;
int x = 3;
string hi = "Hello World";
MyStruct s = {3, "Hi", 4.01};

vec.push_back(x);
vec.push_back(hi);
vec.push_back(s);

我听说vector<void*> 可以工作，但是内存分配会变得很棘手，如果插入某个索引的值大于预期，附近内存中的某些部分总是可能会被无意覆盖.

在我的实际应用中，我知道可以将哪些可能类型插入到向量中，但是这些类型并不都派生自同一个超类，也不能保证所有这些类型将被推到向量上或以什么顺序。

有没有一种方法可以安全地实现我在代码示例中展示的目标？

感谢您的宝贵时间。

Answer 1

std::vector<T> 持有的对象必须是同质类型。如果您需要将不同类型的对象放入一个向量中，您需要以某种方式擦除它们的类型并使它们看起来都相似。您可以使用boost::any 或boost::variant<...> 的道德等价物。 boost::any 的想法是封装一个类型层次结构，存储一个指向基类但指向模板化派生的指针。一个非常粗略和不完整的轮廓看起来像这样：

#include <algorithm>
#include <iostream>

class any
{
private:
    struct base {
        virtual ~base() {}
        virtual base* clone() const = 0;
    };
    template <typename T>
    struct data: base {
        data(T const& value): value_(value) {}
        base* clone() const { return new data<T>(*this); }
        T value_;
    };
    base* ptr_;
public:
    template <typename T> any(T const& value): ptr_(new data<T>(value)) {}
    any(any const& other): ptr_(other.ptr_->clone()) {}
    any& operator= (any const& other) {
        any(other).swap(*this);
        return *this;
    }
    ~any() { delete this->ptr_; }
    void swap(any& other) { std::swap(this->ptr_, other.ptr_); }

    template <typename T>
    T& get() {
        return dynamic_cast<data<T>&>(*this->ptr_).value_;
    }
};

int main()
{
    any a0(17);
    any a1(3.14);
    try { a0.get<double>(); } catch (...) {}
    a0 = a1;
    std::cout << a0.get<double>() << "\n";
}

Answer 2

正如建议的那样，您可以使用各种形式的联合、变体等。根据您想要对存储对象执行的操作，外部多态可以完全按照您的意愿执行，如果您可以定义所有必要的基类接口中的操作。

如果我们只想将对象打印到控制台，这是一个示例：

#include <iostream>
#include <string>
#include <vector>
#include <memory>

class any_type
{
public:
   virtual ~any_type() {}
   virtual void print() = 0;
};

template <class T>
class concrete_type : public any_type
{
public:
   concrete_type(const T& value) : value_(value)
   {}

   virtual void print()
   {
      std::cout << value_ << '\n';
   }
private:
   T value_;
};

int main()
{
   std::vector<std::unique_ptr<any_type>> v(2);

   v[0].reset(new concrete_type<int>(99));
   v[1].reset(new concrete_type<std::string>("Bottles of Beer"));

   for(size_t x = 0; x < 2; ++x)
   {
      v[x]->print();
   }

   return 0;
}

Answer 3

为了做到这一点，您肯定需要一个包装类来以某种方式从向量中隐藏对象的类型信息。

当您在之前已将 Type-B 存储到其中的情况下尝试取回 Type-A 时，让此类抛出异常可能也很好。

这是我的一个项目中的 Holder 类的一部分。你大概可以从这里开始。

注意：由于使用了不受限制的联合，这仅适用于 C++11。 可以在此处找到更多信息：What are Unrestricted Unions proposed in C++11?

class Holder {
public:
    enum Type {
        BOOL,
        INT,
        STRING,
        // Other types you want to store into vector.
    };

    template<typename T>
    Holder (Type type, T val);

    ~Holder () {
        // You want to properly destroy
        // union members below that have non-trivial constructors
    }

    operator bool () const {
        if (type_ != BOOL) {
           throw SomeException();
        }
        return impl_.bool_;
    }
    // Do the same for other operators
    // Or maybe use templates?

private:
    union Impl {
        bool   bool_;
        int    int_;
        string string_;

        Impl() { new(&string_) string; }
    } impl_;

    Type type_;

    // Other stuff.
};