c++ - 鸟类、蜜蜂和抽象类

Question

新手我目前被这个看似简单的问题所困扰。假设我想写一些关于一群动物从此幸福地繁殖的代码。显然，它们都需要一个 mate() 方法，所以我可以像这样定义一个抽象类:

class FemaleAnimal {
public:
    virtual FemaleAnimal mate(const MaleAnimal& a) const = 0;
    virtual MaleAnimal mate(const MaleAnimal& a) const = 0;
}

并导出所有不同的物种:

class FemaleBird : public FemaleAnimal {
public:
    FemaleBird mate (const MaleBird& b) const;
    MaleBird mate (const MaleBird& b) const;
}

class FemaleBee: public FemaleAnimal {
public:
    FemaleBee mate (const MaleBee& b) const;
    MaleBee mate (const MaleBee& b) const;
}

在main()中，我想要两个 vector

males = vector<MaleAnimal>
females = vector<FemaleAnimal>

其中每一个都可能包含鸟类和蜜蜂，并在运行时被填充。每个索引的物种匹配，所以如果 males[i] 是一只蜜蜂，那么 females[i] 也是一只蜜蜂，所以我可以这样做

vector<FemaleAnimal> femaleOffspring;
vector<MaleAnimal> maleOffspring;
for (int i=0; i<males.size(); ++i){
    femaleOffspring.push_back( females[i].mate(males[i]) );
    maleOffspring.push_back( females[i].mate(males[i]) );
}    

现在，显然我希望派生类中的 mate() 方法实现基类中的方法，但是我必须为一般动物定义 mate()，例如

FemaleBee::mate(const MaleAnimal& a) const;

但是蜜蜂不与鸟类交配。我将如何实现这种特化？这有一些特殊的设计模式吗？我曾尝试研究协方差之类的东西，但这比帮助更令人困惑。

奖励问题:当 males[i] 和 females[i] 在运行时属于不同物种时，我如何捕获这种情况？

编辑:假设男性和女性来自完全不同的类层次结构，并且不能合理地派生自共同的基类。

编辑:为了完整起见，这里是基于 n.m. 的回答的最终解决方案。非常感谢大家!

#include <iostream>

using namespace std;

class GenericMale {
public:
    virtual void test() = 0;    // just to make the class abstract
};


template <typename Species>
class Male : public GenericMale
{
    void test() {};
};


class GenericFemale {
    virtual void tryMate (const GenericMale&) const = 0;
};


template <typename Species>
class Female : public GenericFemale
{
public:
    virtual void tryMate (const GenericMale& m) const
    {
        try {
            auto& p= dynamic_cast<const Male<Species>&>(m);    // will throw if Species does not match
            Species::doMate(p);
        } catch ( exception& e) {
            cerr << "[MATING ERROR] You filthy animals, stay within your own species!" << endl;
        }
    }
};


class Bee {
public:
    static void doMate(const Male<Bee>& p) {
        cout << "Buzz buzz buzz!" <<endl;
    }
};


class Bird {
public:
    static void doMate(const Male<Bird>& p) {
        cout << "Chirpy chirpy cheep cheep!" << endl;
    }
};



int main() {
    Female<Bee> queenBee;
    Male<Bee> drone;
    queenBee.tryMate(drone);

    Female<Bird> mamaBird;
    Male<Bird> papaBird;
    mamaBird.tryMate(papaBird);

    queenBee.tryMate(papaBird);
}

Answer 1

您基本上有两个选择:编译时检查和运行时检查。

编译时

您的 MaleAnimal 和 FemaleAnimal 对象没有带有您提供的签名的 mate 方法。事实上，由于任何雌性不能与任何雄性交配，方法签名

FemaleAnimal::mate(const MaleAnimal& a) const

是一个过于慷慨的 promise 。不要 promise 你无法实现的事情。

FemaleAnimal 应该能够与同一物种的 MaleAnimal 交配。我们怎么写下来？我们将物种编码为动物的类型。在 C++ 中，这将是一个模板。

template <typename Species>
class Animal ...

template <typename Species>
class MaleAnimal : public Animal<Species> ...

template <typename Species>
class FemaleAnimal : public Animal<Species>
{ ...
   void mate (const MaleAnimal<Species>&) const ...
}

这种类型安全是有代价的。您不能将不同物种的代表放在同一容器中并保留它们的物种信息。每个物种都需要一个不同类型的单独容器。

 class AnimalContainer
 { ...
    virtual void mateAll() = 0;
 };

 template <typename Species>
 class SpecificContainer : public Container
 {
    ...
    std::vector<MaleAnimal<Species>> males;
    std::vector<FemaleAnimal<Species>> females;
    void mateAll()
    {
       for (...) females[i].mate(males[i]);
    }        
 }

现在您可以保存一个包含 AnimalContainer 的容器，每个容器可以保存一个单独的物种。

运行时

您的 FemaleAnimal 可以尝试与任何 MaleAnimal 交配。尝试可能会失败。这最好用 dynamic_cast 建模:如果检查通过，它返回正确的类型，如果没有，它失败(抛出异常)。

层次结构可以这样修改:

class Animal ...

class GenericMaleAnimal : public Animal ...
class GenericFemaleAnimal : public Animal 
{ ...
   virtual void tryMate (const GenericMaleAnimal&) const = 0;
};

template <typename Species>
class MaleAnimal : public GenericMaleAnimal ...

template <typename Species>
class FemaleAnimal : public GenericFemaleAnimal
{ ...
   virtual void tryMate (const GenericMaleAnimal& m) const
   {
      // will throw if species don't match
      auto& other = dynamic_cast<const MaleAnimal<Species>&>(m);
      // Specific mate procedure for given species
      Species::doMate(*this, other);
   }
};

现在您可以将所有内容保存在同一个容器中，并且您有责任使类型匹配。