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这个问题的灵感来自 this question当这些类型在编译时已知时,它询问在不同类型上调用相同的方法。
这让我开始思考。假设我有不同的非多态类型,但我想多态地使用它们。此外,我想在不调用 new
和 delete
的情况下执行此操作,因为这些是已知的性能瓶颈。
我该怎么做?
请注意,这是一个问答式的问题。我已经提供了我想出的答案。这不是为了吸引投票(尽管这总是很好),而是为了分享我在解决这个问题时获得的见解。
当然也请其他答案。我们分享的知识越多,我们就会变得越好。
最佳答案
这个答案的部分灵感来自 Beman Dawes 在 boost::system_error 库上所做的出色工作。
我通过研究他的奇葩作品了解了静态多态性的思想,该作品现已成为 c++11 标准的一部分。 Beman,如果你读过这篇文章,请鞠躬。
另一个灵感来源是名为 Inheritance is the base class of evil 的精彩演讲。由真正有天赋的肖恩·帕伦特创作。我彻底推荐每个 c++ 开发人员观看它。
够了,这是(我的)解决方案:
问题:
我有许多非多态的 UI 对象类型(出于性能原因)。但是,有时我希望对这些对象的组调用 show()
或 hide()
方法。
此外,我希望对这些对象的引用或指针是多态的。
此外并非所有对象都支持show()
和hide()
方法,但这无关紧要。
此外运行时性能开销应尽可能接近于零。
非常感谢@Jarod42 为 showable
提出了一个不太复杂的构造函数。
我的解决方案:
#include <iostream>
#include <vector>
#include <utility>
#include <typeinfo>
#include <type_traits>
// define an object that is able to call show() on another object, or emit a warning if that
// method does not exist
class call_show {
// deduces the presence of the method on the target by declaring a function that either
// returns a std::true_type or a std::false_type.
// note: we never define the function. we just want to deduce the theoretical return type
template<class T> static auto test(T* p) -> decltype(p->show(), std::true_type());
template<class T> static auto test(...) -> decltype(std::false_type());
// define a constant based on the above test using SFNAE
template<class T>
static constexpr bool has_method = decltype(test<T>(nullptr))::value;
public:
// define a function IF the method exists on UIObject
template<class UIObject>
auto operator()(UIObject* p) const
-> std::enable_if_t< has_method<UIObject>, void >
{
p->show();
}
// define a function IF NOT the method exists on UIObject
// Note, we could put either runtime error handling (as below) or compile-time handling
// by putting a static_assert(false) in the body of this function
template<class UIObject>
auto operator()(UIObject* p) const
-> std::enable_if_t< not has_method<UIObject>, void >
{
std::cout << "warning: show is not defined for a " << typeid(UIObject).name() << std::endl;
}
};
// ditto for the hide method
struct call_hide
{
struct has_method_ {
template<class T> static auto test(T* p) -> decltype(p->hide(), std::true_type());
template<class T> static auto test(...) -> decltype(std::false_type());
};
template<class T>
static constexpr bool has_method = decltype(has_method_::test<T>(nullptr))::value;
template<class UIObject>
auto operator()(UIObject* p) const
-> std::enable_if_t< has_method<UIObject>, void >
{
p->hide();
}
template<class UIObject>
auto operator()(UIObject* p) const
-> std::enable_if_t< not has_method<UIObject>, void >
{
std::cout << "warning: hide is not defined for a " << typeid(UIObject).name() << std::endl;
}
};
// define a class to hold non-owning REFERENCES to any object
// if the object has an accessible show() method then this reference's show() method will cause
// the object's show() method to be called. Otherwise, error handling will be invoked.
//
class showable
{
// define the POLYMORPHIC CONCEPT of a thing being showable.
// In this case, the concept requires that the thing has a show() and a hide() method
// note that there is no virtual destructor. It's not necessary because we will only ever
// create one model of this concept for each type, and it will be a static object
struct concept {
virtual void show(void*) const = 0;
virtual void hide(void*) const = 0;
};
// define a MODEL of the CONCEPT for a given type of UIObject
template<class UIObject>
struct model final
: concept
{
// user-provided constructor is necessary because of static construction (below)
model() {};
// implement the show method by indirection through a temporary call_show() object
void show(void* p) const override {
// the static_cast is provably safe
call_show()(static_cast<UIObject*>(p));
}
// ditto for hide
void hide(void* p) const override {
call_hide()(static_cast<UIObject*>(p));
}
};
// create a reference to a static MODEL of the CONCEPT for a given type of UIObject
template<class UIObject>
static const concept* make_model()
{
static const model<UIObject> _;
return std::addressof(_);
}
// this reference needs to store 2 pointers:
// first a pointer to the referent object
void * _object_reference;
// and secondly a pointer to the MODEL appropriate for this kind of object
const concept* _call_concept;
// we use pointers because they allow objects of the showable class to be trivially copyable
// much like std::reference_wrapper<>
public:
// PUBLIC INTERFACE
// special handling for const references because internally we're storing a void* and therefore
// have to cast away constness
template<class UIObject>
showable(const UIObject& object)
: _object_reference(const_cast<void*>(reinterpret_cast<const void *>(std::addressof(object))))
, _call_concept(make_model<UIObject>())
{}
template<class UIObject>
showable(UIObject& object)
: _object_reference(reinterpret_cast<void *>(std::addressof(object)))
, _call_concept(make_model<UIObject>())
{}
// provide a show() method.
// note: it's const because we want to be able to call through a const reference
void show() const {
_call_concept->show(_object_reference);
}
// provide a hide() method.
// note: it's const because we want to be able to call through a const reference
void hide() const {
_call_concept->hide(_object_reference);
}
};
//
// TEST CODE
//
// a function to either call show() or hide() on a vector of `showable`s
void show_or_hide(const std::vector<showable>& showables, bool show)
{
for (auto& s : showables)
{
if (show) {
s.show();
}
else {
s.hide();
}
}
}
// a function to transform any group of object references into a vector of `showable` concepts
template<class...Objects>
auto make_showable_vector(Objects&&...objects)
{
return std::vector<showable> {
showable(objects)...
};
}
int main()
{
// declare some types that may or may not support show() and hide()
// and create some models of those types
struct Window{
void show() {
std::cout << __func__ << " Window\n";
}
void hide() {
std::cout << __func__ << " Window\n";
}
} w1, w2, w3;
struct Widget{
// note that Widget does not implement show()
void hide() {
std::cout << __func__ << " Widget\n";
}
} w4, w5, w6;
struct Toolbar{
void show()
{
std::cout << __func__ << " Toolbar\n";
}
// note that Toolbar does not implement hide()
} t1, t2, t3;
struct Nothing {
// Nothing objects don't implement any of the functions in which we're interested
} n1, n2, n3;
// create some polymorphic references to some of the models
auto v1 = make_showable_vector(w3, w4, n1, w5, t1);
auto v2 = make_showable_vector(n3, w1, w2, t2, w6);
// perform some polymorphic actions on the non-polymorphic types
std::cout << "showing my UI objects\n";
show_or_hide(v1, true);
show_or_hide(v2, true);
std::cout << "\nhiding my UI objects\n";
show_or_hide(v2, false);
show_or_hide(v1, false);
return 0;
}
示例输出:
showing my UI objects
show Window
warning: show is not defined for a Z4mainE6Widget
warning: show is not defined for a Z4mainE7Nothing
warning: show is not defined for a Z4mainE6Widget
show Toolbar
warning: show is not defined for a Z4mainE7Nothing
show Window
show Window
show Toolbar
warning: show is not defined for a Z4mainE6Widget
hiding my UI objects
warning: hide is not defined for a Z4mainE7Nothing
hide Window
hide Window
warning: hide is not defined for a Z4mainE7Toolbar
hide Widget
hide Window
hide Widget
warning: hide is not defined for a Z4mainE7Nothing
hide Widget
warning: hide is not defined for a Z4mainE7Toolbar
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