C++：在一个类中实现一个接口或可选接口的多个实例

Question

我无法找到关于我认为应该是相当常见的问题模式的最佳实践信息。

我将从一个特定的（与软件更新相关的）示例开始，因为它使讨论更加具体，但问题应该是相当笼统的。

假设我有一个软件更新界面：

struct Software_updater {
    virtual ~Software_updater() = default;
    virtual void action1(const Input1& input1) = 0;
    virtual void action2() = 0;
    virtual bool action3(const Input2& input2) = 0;
    virtual Data1 info1() = 0;
    virtual Data2 info2() = 0;
    // etc.
};

对于我的第一个实现A，我很幸运，一切都很简单。

class A_software_updater : public Software_updater {
    // ...
};

然而，B_software_updater 更复杂。就像在A-case 中一样，它以非平凡的方式连接到目标以进行更新并保持目标连接状态。但更重要的是，它可以更新两个镜像：应用程序镜像和引导加载程序镜像。

就像我目前所拥有的一样，我认为没有真正的理由进行重构，所以我认为我可以在此基础上进行构建。我想出了以下解决方案：

class B_software_updater {
public:
    Software_updater& application_updater() { return application_updater_; }
    Software_updater& boot_loader_updater() { return boot_loader_updater_; }
private:
    class Application_updater : public Software_updater {
        // ...
    } application_updater_;
    class Boot_loader_updater : public Software_updater {
        // ...
    } boot_loader_updater_;
};

即我返回非const 对“接口”成员变量的引用。请注意，它们不能是const，因为它们处于静音状态。

请求 1：我认为上面的解决方案是一个干净的解决方案，但我很乐意得到一些确认。

事实上，我最近遇到了一个问题，即必须根据编译时特性的选择，在类中选择性地提供接口，我相信上面的模式也可以解决这个问题：

struct Optional_interface {
    virtual ~Optional_interface() = default;
    virtual void action1(const Input1& input1) = 0;
    virtual void action2() = 0;
    virtual bool action3(const Input2& input2) = 0;
    virtual Data1 info1() = 0;
    virtual Data2 info2() = 0;
    // etc.
};

class A_implementation {
public:
#ifdef OPTIONAL_FEATURE
    Optional_interface& optional_interface() { return optional_implementation_; }
#endif
    // ...
private:
#ifdef OPTIONAL_FEATURE
    class Optional_implementation : public Optional_interface {
        // ...
    } optional_implementation_;
#endif
    // ...
};

请求 2：我在 A_implementation- 处找不到 simple（如：不是不必要的复杂的基于模板）和简洁的方式来表达编译时可选继承等级。可以吗？

Answer 1

更好的解决方案

根据@ALX23z 关于移动时成员变量引用无效的评论，我现在拒绝我的初始解决方案（原始帖子）。这个失效问题对我来说不是问题，但我正在寻找一个通用模式。

像往常一样，一旦找到解决方案，解决方案就很明显了。

首先总结一下我最初的问题。

假设我有一个软件更新界面（或任何界面，这只是一个例子）：

struct Software_updater {
    virtual ~Software_updater() = default;
    virtual void action1(const Input1& input1) = 0;
    virtual void action2() = 0;
    virtual bool action3(const Input2& input2) = 0;
    virtual Data1 info1() = 0;
    virtual Data2 info2() = 0;
    // etc.
};

B_software_updater 可以更新两个映像：一个应用程序映像和一个引导加载程序映像。因此，它想提供两个Software_updater接口的实例。

一个比我原来的帖子更好的解决方案是声明一个B_application_updater 和一个B_boot_loader_updater，由B_software_updater& 构造，在B_software_updater 之外，并由客户端代码实例化。

class B_application_updater : public Software_updater {
    B_application_updater(B_software_updater&);
    // ...
};
class B_boot_loader_updater : public Software_updater {
    B_application_updater(B_boot_loader_updater&);
    // ...
};

它确实有强制客户端代码创建三个对象而不是只创建一个的缺点，但我认为清洁度超过了这个缺点。

这也适用于可选接口（参见原始帖子）：

class A_optional_implementation : public Optional_interface {
    A_optional_implementation(A_implementation&);
};

A_optional_implementation 将在A_implementation 之外声明。

不需要该接口的应用程序根本不会实例化A_optional_implementation。

其他想法

这是适配器设计模式的一个应用！

基本上，这个答案归结为：

• Interface 类。
• 一个Implementation 类可以完成这项工作，但并不真正关心接口。它不继承Interface。重点是Implementation 可以“完成”对应于多个接口的工作，而没有多重继承的复杂性和缺点（名称冲突等）。它还可以完成与同一接口的多个实例相对应的工作（我上面的例子）。
• Interface_adapter 类在其构造函数中采用 Implementation& 参数。它继承了Interface，即它有效地实现了它，这是它的唯一目的。

退后一步，我意识到这只是adapter pattern的一个应用程序（虽然Implementation在这种情况下不一定需要实现任何外部定义的接口——它的接口只是它的公共成员函数）！

中间解决方案：将适配器类留在实现类中

在上面的解决方案中，我指定适配器类是在实现类之外声明的。虽然这对于传统的适配器模式案例来说似乎是合乎逻辑的，但就我而言，我也可以在实现类中声明它们（就像我在原始帖子中所做的那样）并将它们公开。客户端代码仍然需要创建实现和适配器对象，但适配器类将属于实现命名空间，这样看起来会更好。