在 C++ 可变参数模板继承中避免 vtable 混淆

Question

我有一个想法，可以通过可变参数模板继承以更好的方式构建经典实体组件。这个问题源于 3d 图形背景下的时髦实验，但我相信我已经把它分解为一个关于 C++ 的非常抽象的问题。我能够在 Microsoft cl aka 中当前实现的范围内使用 C++20。 MSVC++19-工具链。

所以。一些基类：

class basic {
public:
  std::wstring get_name() { return name; }
  virtual void do_something_idk_virtual() = 0;
  virtual ~basic() {}
private:
  std::wstring name;
}
class has_legs {
public:
  virtual void walk() = 0;
  virtual ~has_legs() {}
}
class has_wings {
public:
  virtual void fly() = 0;
  virtual ~has_wings() {}
}
template<typename... Ts>
class entity : public basic, public Ts... {
public:
  virtual ~entity() {}
}

到目前为止，一切都很好。现在我想做一只鸭子：

class duck : entity<has_wings, has_legs> {
public:
  virtual ~duck() {}
  virtual void walk() { cout << "walk" << endl; }
  virtual void fly() { cout << "fly" << endl; }
  virtual void do_something_idk_virtual() { } // nothing,
}

仍然，似乎工作。问题是：我知道有数据结构（比如linked_list，或某种图表），我使用访问者模式来处理basic*-typed 的东西。我现在有很多看起来像这样的代码。从字面上看，这是我的程序的核心和关键部分：

void visit(basic* node) {
  //here i find out, through magic or some other kind of out-of-scope-mechanism that node is at least a has_wings. Problem:

  reinterpret_cast<has_wings*>(node)->fly(); //does not work, will call basic::do_something_idk_virtual(). As far as i understand, this is because the compiler-generated vtable does not change via the reinterpret_cast.
  reinterpret_cast<entity<has_wings>*>(node)->fly(); //might, work, problems start to come in if node is of some type that has_wings and has_legs. It sometimes calls some other method, depending on the ordering in declaring the class.
}

解决方案

1. 让每个组件（又名纯接口）和entity-class 虚拟继承自basic
2. 在basic中添加非虚拟方法：

template<typename TComponent> TComponent* get_component() { 
return dynamic_cast<TComponent*>(this); 
}

这将修复 vtables。我不知道为什么 dynamic_cast 会那样做。

Answer 1

首先，您的模板什么也没有。 class duck : public basic, public has_wings, public has_legs 完全相同。

其次，您需要确定多态访问的级别。如果您的级别是basic，那么它必须已经定义了您要访问的所有虚拟对象（即has_wings、fly）您需要dynamic_casts 才能到达正确动态类型的接口（您的reinterpret_cast 的例子是错误的，你不能使用 reinterpret_cast 来移动类层次结构）是一个写得很糟糕的接口。

有时可以使用访问者模式，但在我看来，它往往会产生非常难以排除故障的代码。

Answer 2

您必须使用static_cast 或dynamic_cast 在继承层次结构中移动，并且static_cast 不能下降虚拟继承或交叉转换（一步），因为不同类的布局派生自源和目标类型可能不同。实际上，您必须知道 actual 类型（不仅仅是它具有给定的方面）才能进行转换。如果你的“方面”类继承来自basic——实际上，这样就有一个独特的basic*——那么你可以使用dynamic_cast而不是为了它的检查 目的，但为了找到相关方面的适当 vtable。

如果您负担不起，您可能希望以某种方式合并接口。然后，您必须小心仅在有意义时才调用这些函数；情况已经如此（“通过魔术”），但是普通的调用语法可能是一个有吸引力的麻烦。您也可以尝试一些 C 风格的多态性，手动创建 vtable，并为每个可选行为提供 函数指针。