c++ - 绘图对象 - 更好的类设计？

Question

我在设计一个允许我绘制各种形状的对象的类时遇到了问题。

1. Shape 是基类
2. Triangle、Square、Rectangle 是来自Shape 的派生类类
3. 我有一个 vector<Shape*> ShapeCollection存储派生对象，即 Triangle,Square, Rectangle
4. 一旦我从 vector 中选取了一个对象，我就需要将该对象绘制到屏幕上。

在这一点上，我对类的设计感到困惑，因为单个“绘图”类将使用“形状”类的对象进行绘图。由于 vector 将包含同一基类的不同对象 Shape .因为我有一个从 vector 中拾取对象的线程，所以一旦我有了一个对象，我就必须能够正确地绘制它。

下面大概就是我要说的

class Drawing
{
public:
   void Draw(Shape* shape, string objectName)
   {
       // Now draw the object.
       // But I need to know which Object I am drawing or use
       // switch statements to identify somehow which object I have
       // And then draw. I know this is very BAD!!!
       // e.g.
        switch(objectName)
        {
          case "rectangle":
                DrawRectangle((Rectangle*) shape)
          break;
          //Rest of cases follow
        }
   }
}

因为我将有一个 DrawSquare、DrawTriangle 函数来进行绘图。

这一定是已经解决的问题。必须有更好的方法来做到这一点所有这些 switch 语句都必须以某种方式消失!

非常感谢任何指导。

谢谢

---

@Adrian 和@Jerry 建议使用虚函数，我想到了，但我需要让我的 Drawing 远离基类 Shape

Answer 1

你会使用多态性。

1. 在您的基类中创建一个纯虚函数(即在声明函数时将其赋值为 0，如 void DrawShape() = 0;)
2. 在您的派生类中声明并定义该函数。

这样您就可以在每个对象上调用 DrawShape()，即使它是作为 Shape 对象传递的。

备选方案(注意:代码尚未经过测试):

1. 函数指针，这就像构建您自己的 vtable 也就是委托(delegate)。

   struct square
   {
       void (*draw)(square&);
   };
   
   void drawSquare(square& obj)
   {
     // draw square code
     // there is no 'this'. must access members via `obj`.
   }
   
   square s;
   s.draw = drawSquare;
   s.draw(s);
   

2. Functor，它是一个覆盖 operator() 的类，也像一个委托(delegate)

   struct square
   {
       // Note that std::function can hold a function pointer as well as a functor.
       function<void(square&)> draw;
   };
   
   struct drawSquare
   {
       void oparator()(square& obj)
       {
           // draw square code
           // there is no 'this'. must access members via `obj`.
       }
   };
   
   square s;
   square s.draw = drawSquare();
   s.draw(s);
   

   注意:1 和 2 也可以用 lambda 函数初始化:

   square s;
   s.draw = [](square& obj) {
     // draw square code
     // there is no 'this'. must access members via `obj`.
   };
   s.draw(s);
   

   注意:1 可以使用模板完成:

   struct square;
   
   template <void (*DRAW)(square&)>
   struct square
   {
       void draw()
       {
           DRAW(*this);
       }
   };
   
   void drawSquare(square& obj)
   {
     // draw square code
     // there is no 'this'. must access members via `obj`.
   }
   
   square s<&drawSquare>;
   s.draw();
   

   注意:2 也可以使用模板完成:

   template <typename DRAW>
   struct square
   {
       void draw()
       {
           // First set of parentheses instantiate the DRAW object.
           // The second calls the functor.
           DRAW()(*this);
       }
   };
   
   struct drawSquare
   {
       void oparator()(square& obj)
       {
           // draw square code
           // there is no 'this'. must access members via `obj`.
       }
   };
   
   square s<drawSquare>;
   s.draw();
   

   或者，这将允许传递有状态仿函数:

   template <typename DRAW>
   struct square
   {
       DRAW draw;
   };
   
   struct drawSquare
   {
       void operator()(square& obj)
       {
           // draw square code
           // there is no 'this'. must access members via `obj`.
       }
   };
   
   square s<drawSquare>;
   s.draw = drawSquare();
   s.draw(s);
   

3. 使用模板化基类(IIRC，这是在 ATL 中完成的)从另一个实现您想要的功能的类继承。这只是滚动您自己的硬编码 vtable，称为 Curiously Recurring Type Pattern (CRTP)。

   template <class D>
   struct shape
   {
      inline void draw() { return static_cast<D&>(*this).draw(); }
   };
   
   void draw(square& obj)
   {
       // draw square code
       // No 'this' available. must access shape members via `obj`.
   }
   
   struct square : public D<square>
   {
         void draw()
         {
             drawSquare(*this);
         }
   };
   

   可以找到其他例子here和 here .

4. 让您的 draw 类继承自 type of shape 类，后者继承自 shape 基类。

   struct shape
   {
        virtual void draw() = 0;
   };
   
   struct square : public shape
   {
   };
   
   struct drawSquare : public square
   {
        virtual void draw()
        {
            // draw square code
            // you access the square's public or protected members from here
        }
   };
   

5. 使用 std::unordered_map

   #include <unordered_map>
   #include <typeinfo>
   #include <functional>
   
   struct shape { };
   
   struct square : public shape { };
   
   void drawSquare(shape& o)
   {
        // this will throw an exception if dynamic cast fails, but should
        // never fail if called from function void draw(shape& obj).
        square& obj = dynamic_cast<square&>(o);
   
        // draw square code
        // must access shape members via `obj`.
   }
   
   std::unordered_map<size_t, std::function<void(shape&)>> draw_map
   {
       { type_id(square).hash(), drawSquare }
   };
   
   void draw(shape& obj)
   {
        // This requires the RTTI (Run-time type information) to be available.
        auto it = draw_map.find(type_id(obj).hash());
   
        if (it == draw_map.end())
            throw std::exception(); // throw some exception
        (*it)(obj);
   }
   

   注意:如果您使用的是 g++ 4.7，请注意 unordered_map 已显示有 performance issues .