C ++ STL容器中的多态性

Question

我想知道这个问题是否存在优雅的解决方案。

假设如下：

class Base {
  private:
    int data;
  protected:
    Base(int data) : data(data) { }
    int getData() const { return data; }
    virtual bool someOp() = 0;
}

class Derived1 : public Base {
  private:
    int data2;
  public:
    Derived1(int data, int data2) : Base(data), data2(data2) { }
    int getData2() const { return data2; }
    bool someOp() override { /* something */ }
}

class Derived2 : public Base {
  private:
    float data2;
  public:
    Derived1(int data, float data2) : Base(data), data2(data2) { }
    float getData2() const { return data2; }
    bool someOp() override { /* something */ }
}

并且假设我对层次结构具有完全控制权，因此我可以假设Base不会被扩展，也不会有任何DerivedX类。

现在我想将它们存储在std::vector ，如果我想使用多态，我会被迫存储指针，否则对象切片将阻止我存储其他派生属性。 所以我基本上被迫使用std::vector<unique_ptr<Base>> 。

但是我们假设我需要存储大量这些对象，我不想浪费双堆分配（内部std::vector +对象本身），同时我可以假设：

• 类层次结构是完美定义的，如果不知道就不会扩展
• sizeof(DerivedX)不会比sizeof(Base)

所以我想知道是否有一种优雅的方法来保持多态性并避免存储指针。 我可以想到一些类似的解决方案

class Base {
  enum {
   DERIVED1,
   DERIVED2
  } type;

  int data;
  union {
    int derived1data;
    float derived2data;
  }

  bool someOp() {
    if (this->type == DERIVED1) ...
    else if ..
  }
}

但这显然不优雅。 我还可以尝试利用如下事实：如果sizeof(Derived) == sizeof(Base)通过在Base使用受保护的联合并从Derived访问它并将地址转换为std::vector元素来实现到期望的类型（根据枚举），但这听起来也很难看。

Answer 1

键入擦除和小缓冲区优化。

您可以在C ++中键入几乎任何属性，创建一个“知道”如何将属性应用于现在未知类型的自定义接口。

boost::any类型都会删除以复制，销毁，获取typeid和强制转换为精确匹配类型。 std::function类型擦除以复制，使用特定签名调用，销毁和反向转换为相同类型（最后很少使用）。

基于免费存储的类型擦除实现通过交换指针来“免费”移动语义。

在您的情况下，您将需要在类型中创建“足够大”的对齐存储。 您需要键入erase down to copy，get-as-reference-to-base，destroy并可能移动（因为您在内部存储）。

std::aligned_storage适用于您的任务（您可以传递要存储的所有类型的对齐要求）。 然后就地新建对象。

通过void* - 复制，移动，销毁和转换为base*构建要在对象上执行的操作的表。

template<class Sig>using f = Sig*;

struct table {
  f<base*(void*)>             convert_to_base;
  f<base const*(void const*)> convert_to_const_base;
  f<void(void*,void const*)>  copy_construct;
  f<void(void*)>              destroy;
  f<void(void*,void*)>        move_construct;
};
template<class T>
table const* get_table() {
  static table t = {
    // convert to base:
    [](void*p)->base*{
      T*t=static_cast<T*>(p);
      return t;
    },
    // convert to const base:
    [](void const*p)->base const*{
      T const*t=static_cast<T const*>(p);
      return t;
    },
    // etc
  };
  return &t;
}

现在将get_table<T>()存储在类型擦除的实例中（它基本上是一个虚函数表，手动实现），并编写包装常规类以使用table的函数来操作aligned_storage<?...> 。

现在，通过使用boost::variant ，或者像我的某些类型，就像没有使用堆存储那样的any类型，可以更容易地做到这一点。 一些链接包括编译上面的伪虚函数表技术的实现。 我可能错误地使用了对齐存储，所以要小心。

Answer 2

您可以使用std :: aligned_storage来包装您的类。 假设Derived2是最大的：

class Storage
{
public:
  Storage(int data, int data2)
  {
    new (&data) Derived1(data, data2);
  }
  Storage(int data, float data2)
  {
    new (&data) Derived2(data, data2);
  }
  Base* getBase()
  {
    return reinterpret_cast<Base*>(&data);
  }
  ~Storage()
  {
    getBase()->Base::~Base();
  }
private:
  std::aligned_storage<sizeof(Derived2)> data;
};