类模板实例仅限于预定义对象

Question

我想要一个类模板template<std::size_t N> Shape ，其中模板参数N表示Shape的尺寸。 预定义Shape的数量应有限，例如Shape<2> SQUARE ， Shape<3> CUBE和Shape<3> SPHERE 。 我将来可能会添加更多预定义的Shape 。

我希望Shape对象只能像任何预定义Shape一样可构造。 由于这些预定义Shape的属性始终保持不变，因此最好仅将它们存储一次，并让新的Shape对象引用它们。

目前，我有以下实现：

// Flag for the possible shapes
enum class Tag
{
    SPHERE,
    CUBE,
    SQUARE
};

template<std::size_t N>
class Shape
{
public:
    // Predefined shapes.
    static const Shape<3> SPHERE;
    static const Shape<3> CUBE;
    static const Shape<2> SQUARE;
    // Information stored about the given shapes
    const Tag tag; // tag specifying the shape
    const double v; // Shape volume/area
    const std::array<double, 2*N> surrounding_box; // Storing intervals for a surrounding box
    //... Some other information that depends on template parameter N
private:
    // Private constructor. This prevents other, unintended shapes from being created
    Shape(Tag tag, double v, const std::array<double, 2*N> surrounding_box):
            tag{tag}, v {v}, surrounding_box {surrounding_box} {};
};

// Initialization of predefined shape: SPHERE
template<std::size_t N>
const Shape<3> Shape<N>::SPHERE(Tag::SPHERE, 3.0,{{0.0,2.7,0.0,2.7,0.0,2.7}});

// Initialization of predefined shape: CUBE
template<std::size_t N>
const Shape<3> Shape<N>::CUBE(Tag::CUBE, 1.0,{{0.0,1.0,0.0,1.0,0.0,1.0}});

// Initialization of predefined shape: SQUARE
template<std::size_t N>
const Shape<2> Shape<N>::SQUARE(Tag::SQUARE, 1.0,{{0.0,1.0,0.0,1.0}});

此实现存在一些问题：

• Shape每个实例都包含所有预定义的Shape （如该问题的注释中所指出）；
• 在创建的Shape每个实例之前，都将复制预定义Shape的内容。
• 甚至Shape<3>对象也包含Shape<2> SQUARE 。
• ...

我想知道什么是实现上述目标的更好的设计模式。 我当时正在考虑将Tag用作构造函数参数，并使用某种工厂。 但是，由于模板的复杂性以及我只希望预定义的Shape是可构造的，因此我难以正确地实现实现细节。

Answer 1

您需要的是工厂模式 。 它将实例的创建委派给另一个类。

有多种实现方法，您可以根据问题的复杂程度选择抽象级别。

这是一个基本的例子

template<std::size_t N>
class Shape
{
    friend class ShapeFactory;
public:
    // Information stored about the given shapes
    const Tag tag; // tag specifying the shape
    const double v; // Shape volume/area
    const std::array<double, 2*N> surrounding_box; // Storing intervals for a surrounding box
    //... Some other information that depends on template parameter N
private:
    // Private constructor. This prevents other, unintended shapes from being created
    Shape(Tag tag, double v, const std::array<double, 2*N> surrounding_box):
            tag{tag}, v {v}, surrounding_box {surrounding_box} {};
};

class ShapeFactory
{
public:
    // return value optimization
    static Shape<3> createSphere()
    {
        return Shape<3>(Tag::SPHERE, 3.0,{{0.0,2.7,0.0,2.7,0.0,2.7}});
    }

    static Shape<3> createCube()
    {
        return Shape<3>(Tag::CUBE, 1.0,{{0.0,1.0,0.0,1.0,0.0,1.0}});
    }

    static Shape<2> createSquare()
    {
        return Shape<2>(Tag::SQUARE, 1.0,{{0.0,1.0,0.0,1.0}});
    }
};

由于这些预定义Shape的属性始终保持相同，因此最好仅将它们存储一次，并让新的Shape对象引用它们。

如果您严格要使用这种方法，可以参考原型模式