擴展 C++ class / struct 數據成員的更好方法

Question

我一次又一次地遇到這個問題......仍然沒有一個滿意的答案......

尤其是當我把class放到一個容器里的時候，后面在具體的處理過程中需要記錄容器中每一個元素的更多信息，但是處理完之后就不需要這些額外的信息了....

我經常發現一些庫試圖通過在它們的數據結構中定義一個 void* 來提供用戶定義的數據結構擴展來解決上述情況。 與本問答中描述的相同。 但是會產生memory/resource handling problem...等問題，我覺得這種方式容易出錯。

在面向對象編程的現代，我正在考慮使用 inheritance 和多態性。 在容器中使用基類的指針，但是我必須將派生類的訪問器添加到基類 class 中。這有點奇怪......

在 C++ 中，有沒有其他更好的方法來擴展類的屬性，同時保持容器的可比性？

Answer 1

在不實際損害 object 本身完整性的情況下存儲有關 object 的額外數據的最佳方法是在容器中存儲一對數據。

struct User { ... };
struct ExtraData { ... };
typedef std::pair<User, ExtraData> UserAndExtraData;

現在我可以在 C++ 中創建一個容器類型，它將兩條信息存儲在一起，而不會影響任何一種類型的獨立性。

std::vector<UserAndExtraData> vector;

Answer 2

我會研究Decorator Pattern 。 您可以在處理對象時對其進行裝飾，然后將裝飾過的對象扔掉。 如果有大量共享數據，您還可以查看FlyWeight 模式。

Answer 3

“用戶”可以通過模板參數進行擴展。 例如，

template <typename... Extra>
struct User : Extra...
{
    ...
};

struct ExtraData {...};
struct ExtraExtraData {...};

using ExtraUser = User<ExtraData>;
using MoreExtraUser = User<ExtraData, ExtraExtraData>;

Answer 4

如果您的對象在向量中，那么一個簡單的方法是制作一個平行向量：

void doSomething(const vector<MyObject>& my_objects)
{
  vector<ExtraData> extra_data;
  int n_objects = extra_data.size();
  extra_data.reserve(n_objects);
  for (int i=0; i!=n_objects; ++i) {
    extra_data.push_back(calcExtraData(my_objects[i]));
  }
  // now use my_objects[i] and extra_data[i] together.
  // extra data goes away when the function returns.
}

您不必修改您的原始對象，而且效率很高。

如果您有其他容器類型，您可以使用 map：

void doSomething(const set<MyObject>& my_objects)
{
  map<MyObject*,ExtraData> extra_data;
  set<MyObject>::const_iterator i=my_objects.begin(), end=my_objects.end();
  for (;i!=end;++i) {
    extra_data[&*i] = calcExtraData(*i);
  }
  // now use extra_data[&obj] to access the extra data for obj.
  // extra data goes away when the function returns.
}

這不如向量有效，但您仍然不必修改原始類。

但是，如果底層容器在處理過程中可能發生變化，那么維護並行結構就會變得更加困難。

Answer 5

在面向對象編程的現代，我正在考慮使用 inheritance 和多態性。 在容器中使用基類的指針，但隨后我必須將派生類的訪問器添加到基類 class 中。這有點奇怪......

使用 inheritance 時，您不需要在基 class 中放置指向派生 class 的指針。您只需要強制轉換為派生 class。問題是當數據存儲在基礎對象中時，將數據放入派生對象中 - 你只有當它們被創建為派生類型時才能轉換它們，即使您的集合將它們作為基類型保存。 （如果它們被創建為派生類型，那么就強制轉換！）

因此，如果您有 BaseC 的集合，則可以創建一個新的 class DerivedC，它具有一個采用 BaseC 的復制構造函數。 您可以將 BaseC object 復制到其中，對 DerivedC 對象執行處理，然后將這些復制回 BaseC object 進行存儲。 這使用享元模式。 請注意，如果您有一組 BaseC 對象，則不能假裝它們是 DerivedC 類，因為它們沒有存儲空間來保存所有數據成員，您需要創建新的 DerivedC 對象。

或者，創建一個新的 class 僅用於處理，其中包含對基本 class 對象的（智能指針）引用，復制引用，執行處理，完成后刪除處理對象。

Answer 6

一個簡單的選擇是添加一個代表“額外數據”的類型參數......

template<class ExtraDataType>
struct MyExtensibleContainer
{
    ...
    ExtraDataType extra;
};

或許如果您指出此解決方案不夠充分的原因，那么真正的需求就會出現。

int 和 void* 的示例：

struct IntOrVoid
{
};

struct IntOrVoid1 : IntOrVoid
{
    int x;
};

struct IntOrVoid2 : IntOrVoid
{
    void* x;
};

typedef shared_ptr<IntOrVoid> PIntOrVoid;

then use MyExtensibleContainer<PIntOrVoid>

或者：

union IntOrVoid
{
    int x_int;
    void* x_voidp;
};

then use MyExtensibleContainer<IntOrVoid>

您描述的問題與添加“額外”數據類型無關。 您所描述的問題與持有可以具有許多異構類型之一的變體類型有關。 有很多方法可以做到這一點，這是一個更普遍的問題。