当子类存储在基指针向量上时如何从基类动态转换为子类

Question

我已将 Child 对象的共享指针存储在 Base 共享指针的向量 中，我需要将 Base 向量的元素动态转换为其 Child类型，这样我就可以使用儿童特定签名调用函数。

下面是一个例子。第一个代码块定义了类层次结构和我想使用的“识别”函数。第二个代码块给出了一个具体示例，说明我想如何调用特定于 TYPE 的“识别”函数，因为我可以将原始对象类型从 Base 类转换为 Child 类（例如 A ,B,C)。

有什么模式或技术可以解决这个问题吗？

#include <iostream>
#include <memory>
#include <vector>

class Base {};
class A : public Base{};
class B : public Base{};
class C : public Base{};

class CollectionOfBase
{
public:
    void add (std::shared_ptr<Base> item){m_items.push_back(item);}
    std::vector<std::shared_ptr<Base>> const& getItems() const {return m_items;}

private:
    std::vector<std::shared_ptr<Base>> m_items;
};

// I want to use these 3 functions instead of identify( std::shared_ptr<Base> const& )
void identify( std::shared_ptr<A> const& )
{
    std::cout << "A" << std::endl;
}
void identify( std::shared_ptr<B> const& )
{
    std::cout << "B" << std::endl;
}
void identify( std::shared_ptr<C> const& )
{
    std::cout << "C" << std::endl;
}

//This function works in the below for loop, but this is not what I need to use
void identify( std::shared_ptr<Base> const& )
{
    std::cout << "Base" << std::endl;
}

下面，你可以找到第二个代码块：

int main()
{
    using namespace std;

    CollectionOfBase collection;

    collection.add(make_shared<A>());
    collection.add(make_shared<A>());
    collection.add(make_shared<C>());
    collection.add(make_shared<B>());

    for (auto const& x : collection.getItems())
    {
        // THE QUESTION:
        // How to distinguish different type of items
        // to invoke "identify" with object specific signatures (e.g. A,B,C) ???
        // Can I cast somehow the object types that I push_back on my Collection ???
        // Note that this loop does not know the add order AACB that we pushed the Child pointers.

        identify(x);
    }
    /*
    The desired output of this loop should be:

    A
    A
    C
    B

    */

    return 0;
}

代码也可以在Ideone上找到。

Answer 1

您可以在这里采用三种方法：OO 和动态调度、访问者和变体。哪个更好将取决于您拥有多少 types 以及您拥有多少 操作 - 以及您更有可能添加到哪一个。

1. 实际使用OO。如果您需要每个派生对象以不同的方式执行某些操作，那么在 OO 中执行此操作的方法是添加一个虚拟成员函数：

   struct Base { virtual const char* name() = 0; };
   struct A : Base { const char* name() override { return "A"; }
   // ...
   
   for (auto const& x : collection.getItems()) {
       std::cout << x->name() << std::endl;
   }
   

2. 使用访客模式。这介于 OO 和函数式之间——我们创建了一个知道如何与所有类型交互的基础对象：

   struct Visitor;
   struct Base { virtual void visit(Visitor& ) = 0; };
   struct A;
   struct B;
   struct C;
   
   struct Visitor {
       virtual void visit(A& ) = 0;
       virtual void visit(B& ) = 0;
       virtual void visit(C& ) = 0;
   };
   
   struct A : Base { void visit(Visitor& v) override { v.visit(*this); } };
   // ...
   
   struct IdentityVisitor : Visitor {
       void visit(A& ) { std::cout << "A" << std::endl; }
       void visit(B& ) { std::cout << "B" << std::endl; }
       void visit(C& ) { std::cout << "C" << std::endl; }
   };
   
   IdentityVisitor iv;
   for (auto const& x : collection.getItems()) {
       x->visit(iv);
   }
   

3. 只需使用一个变体。与其存储shared_ptr<Base> 的集合，不如存储variant<A,B,C> 的集合，其中这些类型甚至不在层次结构中。它们只是三种任意类型。然后：

   for (auto const& x : collection.getItems()) {
       visit(overload(
           [](A const& ){ std::cout << "A" << std::endl; },
           [](B const& ){ std::cout << "B" << std::endl; },
           [](C const& ){ std::cout << "C" << std::endl; }
           ), x);
   }
   

Answer 2

Visitor pattern 解决了这个问题。

基本上，添加一个虚方法Base::accept(Visitor& v)。

每个孩子都会覆盖这种调用v.visit(*this)的方法。

您的访问者类应如下所示：

class Visitor
{
public:
  void visit(A&) { /* this is A */ }
  void visit(B&) { /* this is B */ }
  void visit(C&) { /* this is C */ }
}

实例化您的访问者：Visitor v;

迭代你的向量调用x->accept(v);。

http://ideone.com/2oT5S2

Answer 3

@Barry 和@csguth 谢谢你们的回答。

巴里的第三个选项很有趣，我想试一试。 boost::static_visitor 和 boost::variant 的工作示例可以在 page 上找到。

就我而言，我没有考虑 OO 和虚拟方法，因为我想避免将逻辑放入这些 A、B、C 对象中。关于访问者模式，这是我想到的唯一好的选择。不过，我希望能发现一些更灵活的解决方案，比如“LambdaVisitor”，谢谢你让我大开眼界！