C++：从模板参数继承类

Question

最近看到下面的C++代码-sn-p

template <class B>
class A : public B
{
   ...
};

我想知道在哪种情况下这样的设计是好的做法？

我的理解是，将超类作为模板参数允许A的用户在实例化A的对象时选择超类。

但如果是这种情况，为所有用作模板参数的类 (B) 使用一个公共超类 C 不是更好吗？并让 A 扩展 C ？

Answer 1

常用于实现static polymorphism。

用例是：

• Policy-based design
• Curiously recurring template pattern
• Barton–Nackman trick

一般来说，您可以从动态多态中获益，而无需额外的虚函数运行时成本。但只有在编译时可以确定具体类型时才有用。

Answer 2

听起来是包装类的好候选：

class base {
public:
  virtual void f() = 0;
};

class d1 : public base {
public:
  virtual void f() override { ... };
};

class d2 : public base {
public:
  virtual void f() override { ... };
};

template <typename T>
class wrapper : public T {
public:
  virtual void f() override {
    pre_op();
    T::f();
    post_op();
  }

private:
  void pre_op() { ... }
  void post_op() { ... }
}

int main(int, char**) {
  wrapper<d1> w1;
}

例如，包装类可以提供对派生类的同步访问。

Answer 3

它经常用于所谓的“基于策略”的设计，即通过与所需的派生类组合来向基类添加特性，请参阅 Andrei Alexandrescu 的“现代 C++ 设计：应用的通用编程和设计模式”。您从中派生的实例化模板类称为“策略”。这种设计有时比继承更好，因为它允许组合策略并避免基于继承的模型中不可避免的组合爆炸。

例如看下面的简单代码，其中RED 和BLUE 是为Pen 绘制策略：

#include <iostream>
#include <string>

struct RED
{
    std::string getColor()
    {
        return "RED";
    }
};

struct BLUE
{
    std::string getColor()
    {
        return "BLUE";
    }
};

template <typename PolicyClass>
class Pencil: public PolicyClass
{
public:
    void Draw()
    {
        std::cout << "I draw with the color " << PolicyClass::getColor() << std::endl; 
    }
};


int main()
{   
    Pencil<RED> red_pencil; // Drawing with RED
    red_pencil.Draw();
    Pencil<BLUE> blue_pencil; // Different behaviour now
    blue_pencil.Draw();

    return 0;
}

可以在这里阅读更多内容： http://en.wikipedia.org/wiki/Policy-based_design

Answer 4

我使用这种风格的地方是我需要实现一个既易于使用又易于维护的通用图形库 过了一会儿，我有了这个设计：

GraphContainer,Edge,Node 的抽象类：

template < class T1,class T2>
class  GraphAbstractContainer
{
public:
    using Node = T1;
    using Edge = T2;
    virtual std::list<Node> getConnectedNodes(const Node& node)const = 0;
    virtual Node addNode(const Node&) = 0;
    //...
};

class  GraphAbstracthNode
{
public:
    virtual uint32_t getId() const = 0;
    virtual void setID(uint32_t id)=0;
    //..
};

template<class T>
class  GraphAbstractEdge
{
public:
    using Node = T;
    //GraphAbstractEdge(){}
    virtual Node  firstNode() const = 0;
    virtual Node   secondNode() const = 0;
    virtual void  setFirstNode(const Node& node)  = 0;
    virtual void  setSecondNode(const Node& node) = 0;
    //...

};

然后我通过直接从模板参数继承来添加 Adj_List 和 Adj Matrix 实现。

例如，我的 Adj 列表类看起来像这样：

template<class T1 = GraphAbstractContainer<GraphAdjNode,
                   GraphAdjEdge>>
class  GraphAdjListContainer : public T1
{
public:
    using Node = typename T1::Node;
    using Edge = typename T1::Edge;

    //return connected Nodes
    virtual std::list<Node> getConnectedNodes(const Node& node) const
    {
        //..
    }
    //..
  };

};

template<class T>
class  GraphAdjNode : public T
{
public:
    //implementing abstract class methods...
};

template<class T>
class  GraphAdjEdge : public T
{
public:
   //...

};

My Graph 类也直接从模板继承：

template<class GraphContainer=GraphAdjListContainer<>>
    class   Graph :public  GraphContainer
    {
    public:
        using Node = typename GraphContainer::Node;
        using Edge = typename GraphContainer::Edge;
         //...

}

这种设计模式的一个优点是您可以通过从抽象类继承并填充模板参数来简单地更改整个类的底层内容。

例如，我通过简单地这样做来定义 Trie 数据结构：

class TrieNode :public GraphAdjNode
{
public:
    //...
    std::string word_;
};

class Trie 
{
public:
    using Graph = Graph < ecv::GraphAdjListContainer<TrieNode, ecv::GraphAdjListEdge<TrieNode>>>;
    using Node =  Graph::Node;
    using Edge =  Graph::Edge;
    void addWord(wstring word);
    //...
private:
    Graph graph_;
}