如何减少大量包装类的实现代码？

Question

我正在开发一个包含一些类的库，我们称它们为C1, C2 and ... Cn。这些类中的每一个都实现了一些接口，即I1, I2, ... Im. (n > m)。库中对象之间的关系很复杂，我不得不 为我的库用户提供一些 API 以使用智能指针访问这些对象。

经过一番讨论，我发现将共享指针返回给库用户并不是一个好主意，因为在这种情况下，我无法确保可以在我的库内存中精确删除对象。返回弱指针也有同样的问题，因为如果 API .lock()s 的用户使用弱指针并将结果共享指针保存在某处，我将再次面临同样的问题。

我的最后一个想法是为弱指针公开某种包装器。包装类可以是这样的：

class Wrapper_C1 : public I1
{
   std::weak_ptr<C1> mC1;
public:
   Wrapper_C1() = delete;
   Wrapper_C1(const std::weak_ptr<C1> & c1) : mC1(c1)
   {
   }

   int method1_C1(int x)
   {
       if (auto sp = mC1.lock())
       {
           sp->method1_C1(x);
       }
       else
       {
            throw std::runtime_error("object C1 is not loaded in the lib.");
       }
   }

   void method2_C1(double y)
   {
       if (auto sp = mC1.lock())
       {
           sp->method2_C1(y);
       }
       else
       {
            throw std::runtime_error("object C1 is not loaded in the lib.");
       }
   }

   // The same for other methods
};

如您所见，所有这些包装类都共享相同的实现。减少所有这些包装类的代码的最佳方法是什么？有没有办法避免重复类似的代码？

Answer 1

在不使用宏的情况下，您可以做的最好的事情是修复这些重复：

if (auto sp = mC1.lock())
{
    sp->method1_C1();
}
else
{
     throw std::Exception("object C1 is not loaded in the lib.");
}

我看到你可以很容易地将它简化为这样的模板函数：

template<class T, class R, class... Args>
R call_or_throw(const std::weak_ptr<T>& ptr, const std::string& error, R (T::*fun)(Args...), Args... args) {
    if (auto sp = ptr.lock()) 
    {
        return std::invoke(fun, *sp, args...);
    }
    else 
    {
        throw std::runtime_error(error.c_str());
    }
}

你可以这样使用它：

int method1_C1(int x)
{
    return call_or_throw(mC1, "object C1 is not loaded in the lib.", &C1::method1_C1, x);
}

void method2_C1(double y)
{
    return call_or_throw(mC1, "object C1 is not loaded in the lib.", &C1::method2_C1, y);
}

你甚至可以用它制作宏

Answer 2

如果您在包装器中删除继承，您可能会执行以下操作来分解所有包装器：

template <typename T>
class Wrapper
{
private:
   std::weak_ptr<T> m;
public:
   Wrapper() = delete;
   Wrapper(const std::weak_ptr<T> & w) : m(w) {}

   auto operator -> () /* const */
   {
       if (auto sp = m.lock())
       {
           return sp;
       }
       else
       {
            throw std::runtime_error("object is not loaded in the lib.");
       }
   }
};

Answer 3

对树/图形节点使用智能指针并不理想。树节点析构函数会破坏指向子节点的智能指针，而这些智能指针又会调用子节点析构函数，从而导致递归，当树很深或可用堆栈大小较小时，可能会溢出堆栈。

另一种设计是有一个树类来管理其节点的生命周期并使用普通指针，a-la std::map。并且有一个规则，移除一个节点会使指向被移除子树的指针和引用失效。

这样的设计简单、健壮且在运行时最高效。