C++：多态类模板

Question

考虑一个存储一堆 Date 对象的 Calendar 类。 日历旨在保存从 Date 继承的任何类型对象的集合。我认为最好的方法是拥有一个类模板，例如

template<typename D> class Calendar{ 
    ...
}

但令我震惊的是，D 现在实际上可以是任何类。 我现在的问题是，如何确保 D 是日期对象的子类？

我知道如何做到这一点是 Java，但我仍然不熟悉 C++ 语法。这个问题非常类似于某些集合只能采用实现 Comparable 的模板变量。然后标题看起来像

public class Calendar<D extends Date>{
     ...
}

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模板参数定义日历所指的实际日期。不同的日期类型以不同的格式指代同一天。例如，如果我创建一个Calendar<Gregorian>，它将能够以另一种Date 格式获取日期，例如儒略历或任何其他日期格式，并以公历格式显示它们。这允许在不同日期格式的日历之间进行转换。所以，如果我有Calendar<Gregorian>，我可以轻松地将其转换为Calendar<Julian>。那么以下是可能的：

Calendar<Gregorian> cal;
std::cout << "These events are entered as dates in 
    the Gregorian calendar" << std::endl;
cal.add_event("Christmas", 12, 25);
cal.add_event("Gregorian new year", 1, 1);
std::cout << cal << std::endl;
std::cout << "----" << std::endl;
std::cout << "And printed out as Julian dates" << std::endl;
Calendar<Julian>(cal);
std::cout << cal<< std::endl;

和输出：

These events are entered as dates in the Gregorian calendar
2009-12-25 Christmas
2010-01-01 Gregorian new year
----
And printed out as Julian dates
2009-12-13 Christmas
2009-12-19 Gregorian new year

---------- 新编辑：----------

最后的编辑现在更有意义了。我对格式略有不同。

感谢大家的回答。

我是第三年计算机科学专业的学生，​​我想说我对 OO 和多态等相关概念相当熟悉。这篇文章的目的是找出是否有办法在 C++ 中以与在 Java 中相同的方式表达模板参数的条件，并以简洁、优雅和直观的方式解决问题。

Answer 1

我知道如何做到这一点是 Java，但我仍然不熟悉 C++ 语法。这个问题非常类似于某些集合只能采用实现 Comparable 的模板变量。然后标题看起来像

public class Calendar<D extends Date>{
     ...
}

的确，这是同一个问题，而在 C++ 中，通常通过忽略它来解决。为什么我们需要强制对象必须实现IComparable？在 Java 中，这是必要的，因为它的类型系统贫乏。如果没有这个约束，我们将无法比较对象。

在 C++ 中，规则是不同的。容器只是尝试比较它们存储的对象，如果类型不支持它，你会得到一个编译错误。不需要接口或继承。

你通常会在你的Calendar 类中做同样的事情。只是不要强制“必须子类化Date 约束。

相反，指定类型必须公开的成员，以及应该从它们那里得到什么语义（如果有的话）。

例如，如果您的日历尝试对日期对象d0 和d1 执行以下操作：

d0.getDay();
d0.getTime();
Time t = d0 - d1;

那么这些是应该支持的操作。任何支持这些操作的类都是有效的 Date 类，即使它没有子类任何东西。

Answer 2

您正在寻找的是模板参数的概念检查。这些是下一个 C++ 标准草案的一部分，但在几周/几个月前又被抛弃了。

如果语言本身没有概念，有一些库会尝试这样做，但希望概念检查成为核心语言的一部分的原因是，在没有语言支持的情况下或多或少不可能实现它们。

不过，在您的具体示例中，这不应该太难。例如，您可以将一些特殊的typedef 放入基类并检查：

class date {
  public:
    typedef int is_derived_from_date;
};

template<typename D> class Calendar{ 
    typedef typename D::is_derived_from_date blah;
    ...
};

另一种方法是选择网络上漂浮的任何is_derived<B,D>::result 模板元函数，并在您的Calender 类中对此进行静态检查。 Boost 具有 is_derived 元函数和静态断言。

然而，说了这么多，我不得不质疑你的设计。要使用模板的编译时多态性，普通的OO多态性有什么问题？

Answer 3

我认为您的问题无需使用模板即可解决。 D 始终是 Date 的派生类，那为什么不只是一个 Date 对象的集合呢？

Answer 4

在 C++ 中，这称为概念检查。在 C++ 中，一个常见的最佳实践是继承用于继承接口而不是实现。所以你其实并不关心D是否继承自Date，而是D是否有你需要的Date的接口元素，即它有必要的成员函数等。这就是你不需要让未来的D 类需要从Date 继承，它们只需要实现某些功能。

在 C++0x 中删除了概念检查，但您可以在 Boost.ConceptCheck 中找到它（Boost 主站点是 here）。

如果你真的想强制 D 从 Date 继承，你可以使用 Boost.StaticAssert 和 Boost.TypeTraits 来检查 D 是否从 Date 继承。

Answer 5

模板通常不需要继承/多态性限制。模板旨在与满足给定要求的任何类型一起使用，而不管基本类型如何。

template <typename T>
T clone(const T& cloneable) {
    return cloneable.create_clone();
} 

此代码适用于任何支持create_clone() 操作的类型，不使用ICloneable-interface！

在您的情况下，此代码将允许使用任何行为类似于日期的类型。

如果您想要基类多态，只需将模板排除在外并使用Date*。

请注意，如果您真的想进行模板测试，您可以尝试将一个虚拟对象指针强制转换为Date*，如果它不是Date 的派生对象，则在编译时会失败。但这通常不是模板代码的使用方式。

Answer 6

如果你只想与 Date 对象交互，为什么不直接使用简单的多态性并简单地处理 Date*-s 呢？

如果您打算在 Calendar 中拥有一个 Dates 集合，其中可以包含不同 Date 子类的实例，那么我怀疑模板是否能正常工作，而且您首先需要多态性来帮助您。

对于模板，如果给定类型有合适的接口，为什么它不能与日历一起使用？ （好吧，为 C++0x 计划的概念，但被放弃了，但它们的主要动机似乎是允许更清晰的与模板相关的错误消息。）