如何在 C++ 中克隆为派生对象

Question

我在 C++ 中定义了两个类。一个是基类，一个是派生类

    class CBaseClass
    {
    …
    }

    class CDerivedClass : public CBaseClass
    {
    …
    }

并且想实现一个克隆功能如下：

    CBaseClass *Clone(const CBaseClass *pObject)
    {
    }

当 CDerivedClass 的对象被传递给 Clone 时，该函数也会创建一个 CDerivedClass 对象并返回。 当 CBaseClass 的对象传递给 Clone 时，该函数也会创建一个 CBaseClass 对象并返回。

如何实现这样的功能？

Answer 1

您可以使用虚拟 Clone 方法和帮助模板 CRTP 类来实现此接口：

class CBaseClass {
    //...
    virtual CBaseClass * Clone () = 0;
    std::unique_ptr<CBaseClass> UniqueClone () {
        return std::unique_ptr<CBaseClass>(Clone());
    }
    virtual std::shared_ptr<CBaseClass> SharedClone () = 0;
};

template <typename DERIVED>
class CBaseClassCRTP : public CBaseClass
{
    CBaseClass * Clone () {
        return new DERIVED(*static_cast<DERIVED *>(this));
    }
    std::shared_ptr<CBaseClass> SharedClone () {
        return std::make_shared<CbaseClass>(*static_cast<DERIVED *>(this));
    }
};

class CDerivedClass : public CBaseClassCRTP<CDerivedClass>
{
    //...
};

现在，每个派生类都获得了一个由辅助类提供的Clone 方法。

Answer 2

这是一个简单的解决方案。请记住为继承中的每个类提供一个 Clone。

class Base
{
public:
    virtual ~Base() {}
    virtual Base *Clone() const
    {
        // code to copy stuff here
        return new Base(*this);
    }
};

class Derived : public Base
{
public:
    virtual Derived *Clone() const
    {
        // code to copy stuff here
        return new Derived(*this);
    }
};

Answer 3

虚拟克隆模式通常用于解决诸如此类的问题。经典解决方案倾向于为 clone() 方法使用协变返回类型。其他解决方案在基类和派生类之间注入工厂类型类（使用 CRTP）。甚至有一些解决方案只使用宏来实现此功能。请参阅 C++ FAQ、C++ idioms 和 blog on this。这些解决方案中的任何一种都是可行的，最合适的将取决于它们的使用环境和预期使用环境。

使用covariant return types 并结合更现代的RAII 技术（shared_ptr 等人）的经典方法提供了非常灵活和安全的组合。协变返回类型的优点之一是您可以在层次结构中获得与参数相同级别的克隆（即返回并不总是返回到基类）。

该解决方案确实需要访问shared_ptr 和/或unique_ptr。如果您的编译器不可用，boost 会为这些提供替代方案。 clone_shared 和 clone_unique 以标准库中相应的 make_shared 和 make_unique 实用程序为模型。它们包含对参数和目标类型的类层次结构的显式类型检查。

#include <type_traits>
#include <utility>
#include <memory>

class CBaseClass {
public:
  virtual CBaseClass * clone() const {
    return new CBaseClass(*this);
  }
};

class CDerivedClass : public CBaseClass {
public:
  virtual CDerivedClass * clone() const {
    return new CDerivedClass(*this);
  }
};

class CMoreDerivedClass : public CDerivedClass {
public:
  virtual CMoreDerivedClass * clone() const {
    return new CMoreDerivedClass(*this);
  }
};

class CAnotherDerivedClass : public CBaseClass {
public:
  virtual CAnotherDerivedClass * clone() const {
    return new CAnotherDerivedClass(*this);
  }
};

// Clone factories

template <typename Class, typename T>
std::unique_ptr<Class> clone_unique(T&& source)
{
  static_assert(std::is_base_of<Class, typename std::decay<decltype(*source)>::type>::value,
    "can only clone for pointers to the target type (or base thereof)");
  return std::unique_ptr<Class>(source->clone());
}

template <typename Class, typename T>
std::shared_ptr<Class> clone_shared(T&& source)
{
  static_assert(std::is_base_of<Class, typename std::decay<decltype(*source)>::type>::value,
    "can only clone for pointers to the target type (or base thereof)");
  return std::shared_ptr<Class>(source->clone());
}

int main()
{
  std::unique_ptr<CDerivedClass> mdc(new CMoreDerivedClass()); // = std::make_unique<CMoreDerivedClass>();
  std::shared_ptr<CDerivedClass> cloned1 = clone_shared<CDerivedClass>(mdc);
  std::unique_ptr<CBaseClass> cloned2 = clone_unique<CBaseClass>(mdc);
  const std::unique_ptr<CBaseClass> cloned3 = clone_unique<CBaseClass>(mdc);
  // these all generate compiler errors
  //std::unique_ptr<CAnotherDerivedClass> cloned4 = clone_unique<CAnotherDerivedClass>(mdc);
  //std::unique_ptr<CDerivedClass> cloned5 = clone_unique<CBaseClass>(mdc);
  //auto cloned6 = clone_unique<CMoreDerivedClass>(mdc);
}

我添加了 CMoreDerivedClass 和 CAnotherDerivedClass 来稍微扩展层次结构，以更好地显示类型检查等。

Sample code