c++ - 具有非指针/引用返回类型的协变返回类型

Question

我正在尝试在 C++(11) 中实现类似集合类的 .NET 框架。我的问题是无效的协变类型。我有这些类(class):

template<typename T>
class IEnumerator
{
public:
    virtual bool MoveNext() = 0;
    //...
};

template<typename T>
class IEnumerable
{
    virtual IEnumerator<T> GetEnumerator() = 0;
};

template<typename T>
class List : public IEnumerable<T>
{
public:
    struct Enumerator : public IEnumerator<T>
    {
        Enumerator(List<T> &list)
        {
            //...
        }
        // ...
    };

    Enumerator GetEnumerator()
    {
        return Enumerator(*this);
    }
};

在我看来，这太棒了。但是用 C++ 实现它看起来是不可能的。我通过 g++ 得到了“无效的协变返回类型”，据我所知，问题是 GetEnumerator 可能只返回一个指针或对 Enumerator 的引用，而不是 Enumerator 本身的对象。

我想避免返回这样的指针:

Enumerator *GetEnumerator()
{
    return new Enumerator(*this);
}

因为不想让来电者费心删除。使用临时对象我会确保该对象被自动删除，因为它不再需要了。使用引用可能更糟。

我错过了什么吗？还是 C++ 标准(和语言)存在巨大漏洞？我真的很想实现这样的目标。

提前致谢。

Answer 1

无法实现协变值返回类型。问题是调用者有责任在堆栈中为返回的对象分配空间，而协变值返回所需的空间量在编译时是未知的。

这与指针/引用无缝协作，因为返回的对象是指针或引用(而不是实际的派生对象)，并且大小在编译时已知。

在与@curiousguy 进行了相当荒谬的(在我这边)讨论之后，我必须从之前的回答中回溯。不存在使协变值返回类型成为不可能的技术问题。另一方面，它会产生不同的负面影响:

从设计的角度来看，如果从 base 调用返回的对象，则必须切片(这是返回对象的大小很重要的地方)。这与当前模型明显不同，在当前模型中，函数始终 返回相同 对象，它只是更改类型的引用或指针。但实际的对象是一样的。

在一般情况下，协变值类型会抑制某些复制省略优化。目前，对于按值返回的函数，许多调用约定规定调用者传递指向返回对象位置的指针。这允许调用者保留将保存值的变量空间，然后传递该指针。然后，被调用者可以使用该指针来构造将在调用者上下文中保存值的对象，并且不需要任何拷贝。使用协变值返回类型，并且因为必须销毁由最终覆盖程序创建的最派生对象以避免未定义的行为。调用者将传递一个指向内存中某个位置的指针，蹦床函数必须为最终重写器的返回对象保留空间，然后它需要从第二个对象切片复制到首先，产生复制成本。

无论如何，操作的实际成本不会像对最终覆盖程序的调用语义不同这一事实那么重要^* 取决于执行调用的引用的静态类型。

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^* 当前的语言定义已经是这种情况。对于所有非虚函数，如果派生类型隐藏基类的成员函数，则返回指针/引用的静态类型(这又取决于用于调用虚函数的静态类型function) 将影响实际调用的函数和行为不同。