c++ - 将 unique_ptr 的内容复制到未知派生类

Question

我有一个抽象基类，有几个具体的派生类；这些类都不管理任何资源。

#include <memory>
#include <vector>

// this is a pure abstract class that contains no resources
class Base {
public:
    Base() {};
    virtual int doSomething() = 0;
};

class Derived : public Base {
public:
    Derived()  {};

    // this mutates the derived class
    int doSomething() override { return 0; };
};

class Derived2 : public Base {
public:
    Derived2() {};

    // this mutates the derived class
    int doSomething() override { return 0; };
};

我有一个返回随机派生实例(Derived1、Derived2、Derived3，取决于随机数抛出)的函数。

std::unique_ptr<Base> randomDerivedInstance() {
    // pick a random number here and return Derived1 or Derived2 etc.
    // for the purpose of this problem, I'm just returning a fixed derived class
    return std::make_unique<Derived>();
}

我有一个结构，我想将这个派生实例存储在

struct DataStruct {

    // this can contain Derived1 or Derived2
    std::unique_ptr<Base> base;

    // other things in struct omitted for clarity

    // obviously this won't work
    DataStruct(std::unique_ptr<Base> base) : base(base) {};
};

我从我的随机函数返回一个唯一的指针，并想将一个拷贝保存到结构中，然后调用 doSomething 对类内部执行几个变异操作，但我没有不希望它们影响存储在列表中的拷贝。

如果我知道派生实例的类型，我会使用复制构造函数创建一个新实例并将其添加到 vector 中，但在这种情况下我不知道我正在尝试的实例的具体类型添加，所以我不知道要使用哪个特定的构造函数。

int main() {
    // I want to create a vector of random instances
    std::vector<DataStruct> list;

    // I create a random instance
    auto myDerived = randomDerivedInstance();

    // and I want to push a copy of myDerived before I do something with it
    // obviously this doesn't work because its a unique_ptr
    // what can I do here?
    list.push_back(DataStruct(myDerived));

    // do something that mutates myDerived
    myDerived->doSomething();

    // I don't want my mutations to myDerived to affect the list copy


}

由于明显的原因，上面的代码没有编译，因为我试图在 DataStruct 构造函数中分配一个 unique_ptr。

为了使其按预期工作，我需要对此架构和代码进行哪些更改？即，将随机派生实例的值拷贝添加到结构中，以便我可以改变原始实例(反之亦然，添加原始实例并改变拷贝)。

提前感谢所有帮助!

Answer 1

在类Base中添加一个虚成员函数clone:

virtual auto clone() const
    -> std::unique_ptr<Base>
    = 0;

在每个派生类 Derived 中覆盖它以提供派生类特定的克隆:

auto clone() const
    -> std::unique_ptr<Base>
    override
{ return std::unique_ptr<Base>( new Derived{ *this } ); }

有可能以更高级的方式执行此操作，如果您在编译时知道派生程度最高的类，则可以静态地获得该类型的克隆，但看起来您并不需要它。

免责声明:现成的代码，未经编译器审查。

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很久以前，clone 函数被称为虚拟构造函数，这个术语在 the FAQ item about this 中使用过。 .我认为它是由 Coplien 引入的。当前的常见问题解答文本没有说明。

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同样值得注意的是:在 C++11 及更高版本中，clone 函数实现的生成可以通过 Derived 继承自一个实现而部分自动化，而该实现又继承自 Base，带有构造函数参数的转发。

C++03 不支持转发，因此不得不使用代码生成宏(邪恶但实际上是当时唯一真正的解决方案)、通过虚拟继承层次结构中的支配实现继承(极其复杂和丑陋的)，或者像我们现在在 C++11 及更高版本中做的那样，但使​​用 Do-It-Yourself 参数转发方案(有点任意限制)。

有关这些旧 C++03 技术的概述，请参阅我 2010 年的博客文章“3 ways to mix in a generic cloning implementation ”。