以派生类为参数的 C++ 基类构造函数（？）答案

【问题标题】：C++ base class constructor taking derived class as argument (?)以派生类为参数的 C++ 基类构造函数（？）
【发布时间】：2021-02-14 10:26:09
【问题描述】：

用例：

Vector 类（实现一些数学运算）和派生的 Vector2D 类
理想情况下，两个类都应允许彼此“复制构造”

Vector

namespace mu {
template<std::size_t N, typename T>
class Vector {
  public:
  // ...

  template <typename... TArgs>
  Vector(TArgs... args) : data({args...}) {}

  Vector(const Vector &other) = default; // copy constructor

  // ...
  protected:
    std::array<T, N> data;
};
}

Vector2D

namespace mu {
template<typename T>
class Vector2D : public Vector<2,T> {

  public:

  using Vector<2, T>::Vector; // inherit base class constructors

  Vector2D(const Vector<2, T>& other) : Vector<2, T>(other) {}

  // Vector2D specific functions, e.g. rotation
  //...

};
}

注意：实际的类包含更多内容，但我将其浓缩为我认为在这里最重要的代码。

问题是我无法实现一种可以从Vector2D 构造Vector 的方法，请参见下面的代码。所有其他情况都可以正常工作。

// Example 1 (compiles)
mu::Vector<2, int> a{1, 2};
mu::Vector<2, int> b{a};

// Example 2 (compiles)
mu::Vector2D<int> c{1, 2};
mu::Vector2D<int> d{c};

// Example 3 (compiles)
mu::Vector<2, int> e{1, 2};
mu::Vector2D<int> f{e};

// Example 4 (doesn't compile)  <-- how to get this to work?
mu::Vector2D<int> g{1, 2};
mu::Vector<2, int> h{g};

当然，更普遍的问题是继承是否是构建这些类的正确方法。但我希望Vector2D 拥有Vector 的所有功能以及Vector 没有的其他功能。

【问题讨论】：

此数据不应组织为类层次结构。拥有一个单独的Vector2D 类并没有多大意义。 2D 向量是 Vector<2, ..> 仅此而已。所以它是一个简单的别名，而不是一个全新的类。或者，Vector2D 使用 Vector 作为其内部表示形式（因此包含，而不是继承）。
我也想过这个问题，但是 Vector2D 不仅是 Vector 的“typedef”，而且具有 Vector 所没有的更具体的功能。例如，它包含旋转 Vector2D 的函数。
您可以旋转任意维度的向量，但这不是重点。您不是第一个尝试以这种方式实现几何向量的人。去过也做过。它不起作用。
它不起作用，因为除了这个小的初始化问题之外还有很多问题。您可能会或可能不会在您的特定应用程序中遇到它们，但您应该知道一般公共继承适用于基于身份的对象，但效果不佳基于值的对象。
我建议宁愿将所有这些特定 tp 2D 向量的附加函数实现为独立的非成员函数，而忘记单独的类。

标签： c++ c++11 templates inheritance constructor

【解决方案1】：

您的Vector 类有两个构造函数：一个模板（用于值）和默认的复制构造函数。

问题：复制构造函数是首选，但前提是存在完全匹配。

所以，用a初始化b

mu::Vector<2, int> a{1, 2};
mu::Vector<2, int> b{a};

首选复制构造函数，因为a 是完全匹配

但是，用g 初始化h

mu::Vector2D<int> g{1, 2};
mu::Vector<2, int> h{g};

g 可以转换为mu::Vector<2, int> 但不是完全匹配，因此首选模板构造函数，但模板构造函数不兼容。

一个可能的解决方案：当只有一个参数并且参数派生自mu::Vector时，SFINAE禁用模板构造函数。

例如

template <typename... TArgs,
          typename std::enable_if_t<sizeof...(TArgs) == N
                                or (not std::is_base_of_v<Vector, TArgs> && ...), int> = 0>
Vector(TArgs const & ... args) : data({args...}) {}

【讨论】：

!= 1?为什么？我们在那里有N。
@n.'pronouns'm。 - 好吧...也许没用...但是这会在有两个或多个参数的情况下启用构造函数，所有参数都派生自Vector。
你可以在那儿直接说== N。
@n.'pronouns'm。 - 但是使用== N 你禁止这样做：mu::Vector<5, int> a{1, 2, 3};，其中内部std::array<int, 5> 被初始化{1, 2, 3, 0, 0}，因此对于未表达的值有额外的零。鉴于原始代码允许这样做，我更愿意保持这种可能性。
我宁愿不允许这样做，因为在现实世界中没有这样的东西有用的场景，但当然这只是我的意见。

【解决方案2】：

撇开这个特定任务的继承适用性不谈，失败的直接原因是包罗万象的template <typename... TArgs>构造函数。它会拦截所有不是副本的构造——从派生类对象构造的构造不是副本。这是因为从 Derived 到 Base 的转换是一种转换，而模板构造函数不需要转换，所以更匹配。

如果参数适合构造 std::array 成员，您希望将 catch-all 构造函数限制为仅包含在重载决议中。这是 SFINAE 的标准应用程序。

【讨论】：