如何仅通过对基类的引用来复制派生类

Question

我正在尝试存储对继承自外部类中 std::set 内的嵌套抽象基类的对象的引用。

让我先给你看一下代码，因为我认为这更清楚：

Class.h 接口：

#ifndef Class_H_
#define Class_H_

#include <set>
#include <memory>

class Class
{
    public:
        class AbstractBase;
    private:
        std::set< std::shared_ptr<AbstractBase>> set;
    public:
        Class();
        ~Class();

        void add(AbstractBase& object);
};

#endif

Abstract.h 接口：

#ifndef ABSTRACT_H_
#define ABSTRACT_H_

#include "Class.h"

class Class::AbstractBase
{
    friend class Class;

    public:
        virtual ~AbstractBase();
    private:
        virtual void foo(int in) = 0;
};

#endif

Derived.h 接口：

#ifndef DERIVED_H_
#define DERIVED_H_

#include "Class.h"
#include "AbstractBase.h"

class Derived : private Class::AbstractBase
{
    public:
        ~Derived() override;
    private:
        void foo(int in) override;
};

#endif

add.cc 实现：

#include "Class.h"
#include "AbstractBase.h"

void Class::add(AbstractBase& object)
{
    // create a shared pointer to object
    // and insert it in the set
    set.insert(std::make_shared<AbstractBase>(object));  // <-- this is where it fails
}

所以我会有多个不同的派生对象，它们都继承自AbstractBase，它们需要一起存储在std::set 容器中。 由于纯虚函数，编译失败。起初，我没有使用std::shared_ptr，并认为这是失败的原因，我发现this SO答案建议使用std::shared_ptr。我仍然在Class::add 中遇到编译错误，因为AbstractBase::foo 是纯的，但我认为std::shared_ptr 可以解决这个问题？

我发现了类似的问题，但没有任何东西可以帮助我解决我的具体问题。有人可以向我解释我做错了什么吗？

谢谢。

编辑：哇！感谢您提供的信息丰富的答案，我需要一些时间来彻底理解它们，看看什么最适合我。我会在完成后更新这个问题！

Answer 1

您的函数试图做的是复制一个对象，为该副本分配一个共享实例，并存储指向该副本的指针。

由于您的意图是在集合中“存储引用”，因此您可能打算将对象存储在其他地方并且实际上并不想要副本。如果那些引用的对象是共享的，那么正确的解决方案是传递共享指针：

void Class::add(std::shared_ptr<AbstractBase> ptr)
{
    set.insert(std::move(ptr));
}

如果引用的对象不是共享的，那么您不能使用共享指针来引用它们。您可以改用非拥有指针：

std::set<AbstractBase*> set;

void Class::add(AbstractBase* ptr);

但是，在使用非拥有方法时要非常小心，至少只要它们被集合引用，就可以让被引用的对象保持活动状态。这是不平凡的。引用可以用作add 的参数，但我建议不要这样做，因为对于调用者来说，函数将指向参数的指针存储的时间可能比函数执行的时间长。

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如果你确实想复制，那么你可以使用一个返回共享指针的虚函数。示例：

class Class::AbstractBase
{
    public:
        virtual std::shared_ptr<AbstractBase> copy() = 0;
// ...

class Derived : private Class::AbstractBase
{
    public:
        std::shared_ptr<AbstractBase> copy() override {
            auto ptr = std::make_shared<Derived>(*this);
            return {ptr, static_cast<Class::AbstractBase*>(ptr.get())};
        }
// ...

void Class::add(AbstractBase& object)
{
    set.insert(object.copy());

为避免在多个派生类型中重复相同的copy，您可以使用 CRTP。

Answer 2

您需要明确存储在集合中的对象的所有权。如果您使用std::shared_ptr，则基本上将每个Class 内的set 编码为拥有 包含的实例。这与add(AbstractBase&) 方法不兼容——您不能真正通过引用获得任意对象的所有权。如果这个对象已经被另一个 shared_ptr 管理了怎么办？

也许您实际上只想在集合中存储副本。在这种情况下，请参阅其他答案以了解多态复制（“克隆”）对象的方法。

你为什么要使用std::set也是公开的。 std::set 使用 < 运算符（或用户提供的具有等效语义的比较函子）建立所包含对象的唯一性。你甚至想要独特性吗？如果是这样，基于什么标准？目前，没有办法比较存储的类对象。 std::shared_ptr 通过比较内部指针值“解决”了这个问题，但我怀疑这就是你需要的。

如果您真的想仅根据对象的内存位置来存储和比较对象，并且不假定存储对象的所有权，则可以只使用原始指针。如果您只想存储一大堆对象而不关心唯一性（因为您当前尝试创建副本，每个存储的元素都有一个唯一的地址，因此您目前永远不会使用std::set 的那个方面），也许@987654332 @ 是更好的解决方案。 std::set 还可以帮助有效地确定对象是否存在于集合中，但std::vector 可以做到这一点（如果您排序和二进制搜索，可能更快）。考虑http://lafstern.org/matt/col1.pdf 中的建议。

Answer 3

如果要复制一个未知动态类型的类，有三种众所周知的方式to get around having insufficient information：

1. 有一种方法可以将对象映射到期望特定最派生类型的处理程序。 typeid、成员函数或公共基类中的数据成员，这是其静态类型最常用的。这很费时间，而且设置起来很麻烦，但至少您不必经常修改类或使用胖指针。

2. 有一个函数来.clone() 静态已知基中的对象。这被称为虚拟构造函数，通常是最有效和最方便的设置。

3. 围绕一个额外的指针进行克隆。这对类型或附加设置的侵入性最小，但会改变界面。

哪个最合适由您决定。
也就是说，如果您确实想要复制对象，并且不应该将 shared_ptr 传递给 .add()。