C++：在不违反 SRP 的情况下向多态类层次结构添加方法？

Posted 2023-03-15

【中文标题】C++：在不违反 SRP 的情况下向多态类层次结构添加方法？

【英文标题】：C++: Adding methods to a polymorphic class hierarchy without violating SRP?

【发布时间】：2013-07-25 06:29:13

【问题描述】：

我有一个经常遇到的设计问题。

为了便于说明，假设我有一个多态的类层次结构

class A  public: virtual ~A()  ... ;
class B: public A  ... ;
class C: public B  ... ;
class D: public A  ... ;
...

我希望能够以多态方式打印这些类的实例，即每个类都有自己的打印方式。实现这一点的明显方法是添加

virtual void print(OutputStream &os) = 0;

进入基类并在每个子类中覆盖此方法。但是，如果类的原始职责与打印无关，这会给它们增加另一个职责，从而违反SRP。

我的问题是：在不违反 SRP 的情况下实现所需行为的正确方法是什么？

在this post中，提出了基于Visitor design pattern的解决方案。但是，然后我需要创建一个必须知道A 的每个子类的类。我希望能够添加和删除子类，而无需总是修改访问者。

除了上述两种方法之外，还有其他一些保留 SRP 的方法吗？

【问题讨论】：

你的 print() 方法是做什么的？它的输出是否包含有关类内部的任何信息？在这种情况下，我会将它的定义放入类中，因为唯一的另一种选择是打破封装，而且更不灵活。我知道的所有其他解决方案都与在 C++ 中实现函数参数的动态分派有关，这可能很难看。

@Markus Mayr：假设发出的信息可以从每个子类的公共接口获取，但不一定只使用基类接口。否则，正如您已经提到的，封装将需要被打破。

【参考方案1】：

有一个 非循环访问者 模式，无需了解每个子类。它依赖于dynamic_cast，但可能是您需要的。

【讨论】：

谢谢，我不知道这种模式！这可能是我需要的，尽管 n.m. 的答案。也有道理。但是您的回答也适用于其他明显违规的情况。

【参考方案2】：

类打印本身并没有错。它不违反 SRP，因为打印不构成责任。

请记住，责任被定义为改变的理由。您不会更改课程，因为您对打印的要求发生了变化。该类只应将名称-值对发送到负责打印的实体，称为格式化程序。这个发送名称-值对的过程永远不会自行改变。其中的任何更改仅由与打印无关的其他更改提示（例如，当您添加一个字段时，您也将其表示添加到打印过程中）。

格式化程序应该对它打印的类一无所知，而只是根据某些要求呈现名称-值对。当打印要求发生变化时，格式化程序也会发生变化。因此，打印将是格式化程序的唯一责任。

【参考方案3】：

为了做到这一点，您需要寻找某种双重调度解决方案的访客。双分派方法更轻量级，那么像这样的东西怎么样：

在 A 中：

class Processor

public:
  virtual void Process(const A &a)const 
  virtual void Process(const B &b)const 
  virtual void Process(const C &c)const 
  virtual void Process(const D &d)const 
  virtual void Process(const E &e)const 
;

在 A 中：

class A

public:
  virtual void Process(const Processor &processor) 
  
    processor.Process(*this);
  
;

然后，在每个派生类中使用相同的定义覆盖Process：

virtual void Process(const Processor &processor) 

  processor.Process(*this);

这将确保调用Process 中的正确重载。

现在，创建一个流处理器：

class StreamProcessor : public Processor

private:
 OutputStream &m_OS;

public:
  StreamProcessor(OutputStream &os) : m_OS(os)
  
  

  virtual void Processor(const A &a)const
  
   m_os << "got a A";
  

  virtual void Processor(const B &b)const
  
   m_os << "got a B";
  

  virtual void Processor(const C &c)const
  
   m_os << "got a C";
  

  // etc
;

然后：

 OutputStream &operator<<(OutputStream &os, A &a)
 
   PrintProcessor(os);
   a.Process(PrintProcessor);
   return os;
 

【讨论】：

感谢您的回答。但是，正如我在问题中所建议的那样，我希望能够添加和删除子类，而无需始终修改访问者（在您的示例中为 Processor）。

很公平，但是您必须在添加或删除类时修改 something。在 C# 的 Java 之类的语言中，您可以使用 relfection，但在 C++ 中这不是您的选择。

【参考方案4】：

您可以提供一个用于打印职责的接口，并将公共职责保留在您的类层次结构中。示例：

class Printer  public: virtual void print(OutputStream &os) = 0; 
class A  public: virtual ~A()  ... ;
class B: public A, public Printer  ... ; // this needs print function, use interface.
class C: public B  ... ;
class D: public A  ... ;

【讨论】：

感谢您的回答，但我希望能够打印A 的任何子类，而不仅仅是B 及其子类。这可以通过在A 中继承Printer 来解决。但是，我仍然想知道这种方法是否违反了 SRP。

如果您希望能够打印 A 的所有类，我不确定有什么问题。如果需要在 A 的子类上打印，那么您应该拥有它。评估这些类是否需要这种需求或不取决于您（我们不可能用有限的信息进行评估），但据我了解，您想要打印 A 的子类并且如果继承的类需要实现打印功能，则不违反 SRP .