Lippman C++ Primer 中的设计模式

Question

我对编程还很陌生，所以如果答案很明显，请耐心等待我的问题。

在 Lippman、Lajoie 和 Moo 撰写的 C++ Primer 第 5 版的第 15.9 节中，该部分涉及对继承层次结构的编程。它基本上是一个抽象类Query_base，其子类是WordQuery、NotQuery 和BinaryQuery，其中最后一个进一步分支为AndQuery 和OrQuery。 Query_base 层次结构由名为Query 的接口类通过指针访问。此设置背后的基本思想是使用如下复合查询：

Query q = Query("fiery") & Query("bird") | Query("wind")

（这些运算符生成指向Query_base 类型对象的Query 对象，例如，“&”生成一个AndQuery，“~”生成一个NotQuery。

然后可以在文本文档中搜索符合查询规则的行。）

Query_base 类如下：

class Query_base {
    friend class Query;
protected:
    virtual ~Query_base() = default;
private:
    virtual QueryResult eval(const TextQuery&) const = 0;
    virtual std::string rep() const = 0;
}

所有 Query_base 子级都实现了 eval() 和 rep()，因此是可实例化的。

Query类设计如下：

class Query {
    friend Query operator~(const Query&);
    friend Query operator|(const Query&, const Query&);
    friend Query operator&(const Query&, const Query&);
public:
    Query(const std::string&);
    QueryResult eval(const TextQuery &t) const { return q->eval(t); }
    std::string rep() const { return q->rep(); }
private:
    Query(std::shared_ptr<Query_base> query) : q(query) { }
    std::shared_ptr<Query_base> q;

所以我的理解是设计有一个继承层次结构，然后是一个故意相互分离的接口。后者从侧面访问前者，而不是仅仅将基类用作接口。

我有两个问题：

1. 没有单独的Query 类有什么问题吗？我们可以只让Query_base 类作为层次结构和接口的基础，而去掉Query 类吗？我承认正如Query_base 所代表的那样，它不能，因为它具有纯虚函数，但这些可以更改。例如，我不能将eval() 和rep() 的Query 函数实现移到Query_base 中吗？这样做有什么问题吗？ Query 中的 shared_ptr<Query_base> 是否使事情复杂化并且是分离的基础，如果是，我们可以解决这个问题吗？
2. 这样的层次结构-界面分离有多普遍（如果这是正确的思考方式）？

提前致谢！

Answer 1

除了上面的cmets，我觉得这个设计也和c++中的多态有关，只支持引用和指针，对象本身不支持。

通过使用一个没有层次结构的“Query”对象和一个指向具有层次结构和多态性的Query_Base的嵌入式智能指针，该类的用户可以使用Query对象来实现多态性的效果。

Answer 2

如果我们继续实现所有这些运算符和其他子查询类型，分离的必要性就会变得清晰。例如，让我们想象一下 & 运算符的样子。

& 运算符应构造一个查询，该查询又应包含另外两个查询。 所以，AndQuery 类可以这样定义：

class AndQuery: public BinaryQuery {
public:
     AndQuery(const Query_base& lhs, const Query_base& rhs);
     AndQuery(Query_base&& lhs, Query_base&& rhs);
     ...
     QueryResult eval(const TextQuery& t) override;
private:
     // required members and private methods...
     // two principal members, lhsQuery and rhsQuery for
     // left hand side subquery and light hand side subquery
     // correspondingly are defined in `BinaryQuery`
};

并且，在一个简单的未优化案例中，AndQuery 应该以某种方式执行搜索 (eval())：

QueryResult AndQuery::eval(const TextQuery& t) {
    QueryResult lhsResult = lhsQuery.eval(t);
    QueryResult rhsResult = rhsQeury.eval(t);
    // the resulting ResultSet should include only entries
    // from both result sets
    for(auto it = lhsResult.begin(); it != lhsResult.end(); ++it)
        if (rhsResult.find(*it) == rhsResult::cend())
            it = lhsResult.erase(it);
    // now we can return lhsResult because we have erased all elements from it 
    // which weren't in rhsResult
    return lhsResult;
}

其他查询组件子类有自己特定的实现。反过来，Query 有自己的一组特定方法，例如从字符串构造查询。如果没有纯虚拟Query_base，我们必须与所有组件子类共享Query 的实现细节。我们还必须让这些类对外部用户可见。

通过使用单独的“接口”Query 类，我们为子系统的用户提供了一个清晰易懂的精益接口。