在 c#、c++ 和 java 中创建 python 弱类型结构的强类型版本

Question

在 python 中，我有以下内容：

graph = {}

graph[1] = {}
graph[2] = {}
graph[3] = {}

graph[1][3] = graph[3]

graph[2][1] = graph[1]
graph[2][3] = graph[3]

graph[3][2] = graph[2]

这是一个表示图形的结构，我觉得它很好，因为它的结构与其中一个节点相同，因此我可以直接使用它来启动搜索（如深度优先）。它的印刷版是：

{1: {3: {2: {1: {...}, 3: {...}}}}, 2: {1: {3: {2: {...}}}, 3: {2: {...}}}, 3: {
2: {1: {3: {...}}, 3: {...}}}}

它可以像这样使用：

graph[1][3][2][3][2][1][3][2][1][3][2].keys()

现在，我很想知道如何在 C++、C# 和 Java 中实现它，而无需诉诸“对象”技巧，这些技巧会使代码充满丑陋的演员表。对于 C++，我在考虑模板元编程，但是当需要类似的东西时会生成“有限数据类型”

map<int,map<int,...>> or map<int,...>

Answer 1

为了存储更多的图形或“终端”值（实际上，这两种方法都可以泛化为具有任何解释的任意多种类型，只要它们可以在编译时枚举），您可以使用：

• Unions（可能是discriminated），或
• 多态性（特别是亚型多态性）

在任何一种情况下，您都有一个 Graph 类型，您可以在其后面隐藏嵌套图和存储值。

特别是在 C++ 中，您可能会使用前者 union 或 Boost::Variant（更安全且易于处理）。您可能需要前向声明该类，以便在您定义它时可见。联合提供了足够的位置来存储任一类型的值，并且（在 Boost::Variant 中隐含或在普通的旧 union 中显式）一个“标签”指示是哪种情况。然后，您可以查看任何存储的值并判断它是另一个图形还是终端值，并提取相关值。

在 Java 和 C# 中，您对直接联合类型没有太多支持，因此您将使用第二个选项。有一个接口（或抽象）类IGraph，一个用于图形的实现（参考IGraphs），一个用于将非图形值包装在IGraph 的另一个子类型中。基本上你使用子类型多态性。这在 C++ 中也是可能的，但我的印象是，如果事先知道可能的类型、不太可能改变并且数量很少，联合是一个更好的主意。它还允许您避免一些指针/引用 - unions 和 Boost::Variants 都可以存储在堆栈中，而多态性需要间接。

Answer 2

在 Java 中，我会使用 Node 类，它代表图的任何节点。

public class Node<T> {
    private List<Node<T>> children = new ArrayList<Node<T>>();
    private T value;

    public Node(T value) {
        this.value = value;
    }

    public void addChild(Node<T> child) {
        this.children.add(child);
    }

    public Node<T> getChild(int index) {
        return this.children.get(index);
    }

    public List<Node<T>> getChildren() {
        return this.children;
    }

    public T getValue() {
        return this.value;
    }
}

如果您想要一个包含 int 值的图表，您可以实例化它并将其用于：

Node<Integer> graph = new Node<Integer>(10); //value of the first node is 10
graph.addChild(new Node<Integer>(-3));
graph.getChild(0).addChild(new Node<Integer>(5));
System.out.println(graph.getChild(0).getChild(0).getValue()); //prints 5

Answer 3

这是一个简单的技巧：

#include <map>
#include <memory>

struct GraphNode
{
  std::map<std::size_t, std::unique_ptr<GraphNode>> m;

  GraphNode & operator[](std::size_t i)
  {
    if (!m[i]) { m[i].reset(new GraphNode); }
    return *m[i];
  }
};

我们为打印添加了一些 ostream 重载：

#include <prettyprint.hpp>

std::ostream & operator<<(std::ostream & o, GraphNode const & g)
{
  if (g.m.empty()) return o << "*";
  return o << g.m;
}
std::ostream & operator<<(std::ostream & o, std::unique_ptr<GraphNode> const & p)
{
  if (!p) return o << "*";
  return o << *p;
}

示例用法：

#include <iostream>

int main()
{
  GraphNode n;

  n[2] = GraphNode();
  n[4] = GraphNode();

  n[2][3] = GraphNode();
  n[2][8] = GraphNode();
  n[2][1] = GraphNode();

  std::cout << n << std::endl;
}

打印：[(2, [(1, *), (3, *), (8, *)]), (4, *)]

其他功能很容易添加；目前我不清楚您是否希望所有节点也支持卫星数据（“值”），或者是否只有叶节点可以具有值，或者是否没有任何其他数据。