拥有 X 类，如何将 X 作为模板参数传递给自身？

Posted 2023-02-23

【中文标题】拥有 X 类，如何将 X 作为模板参数传递给自身？

【英文标题】：Having class X, how to pass X as a template argument to itself?

【发布时间】：2020-10-01 09:28:33

【问题描述】：

我正在尝试实现从 BS 树继承的红黑树。 BST 使用BSNode 作为其节点，而RBT（红黑树）使用RBNode，而RBNode 又继承自BSNode。代码长这样，问题出在代码中：

#include <iostream>

#define _BST BST<K, T, RBNode<K, T>>

// attempt 1
//template <typename K, typename T, typename NODE>
//class BSNode
//
//
//public:
//
//  K key;
//  T value;
//
//  NODE* left;
//  NODE* right;
//
//  // ...
//;

// attempt 2
template <typename K, typename T, template<typename, typename> typename NODE>
class BSNode


public:

    K key;
    T value;

    NODE<K, T>* left;
    NODE<K, T>* right;

    // ...
;

template <typename K, typename T>
class RBNode : public BSNode<K, T, RBNode>


public:

    bool color;

    // ...
;

template <typename K, typename T, typename NODE>
class BST


public:

    NODE* root = nullptr;

    // ...
;

template <typename K, typename T>
class RBT : public _BST

    // ...
;

int main()

    RBT<int, int> rbt;

    // attempt 1
    // recursive and can't be done.
    // BST<int, int, BSNode<int, int, BSNode<int, int, BSNode<int.....

    // attempt 2
    // template arguments list for NODE takes
    // 2 arguments while BSNode takes 3. Not compatible.
    // BST<int, int, BSNode<int, int, BSNode>>

问题：

1 - 如何实现它以便BSTs 只写为BST<int, int>，同时仍然让它接受不同类型的左右节点，例如RBNode？

2 - 如何让RBNode从BSNode继承，同时能够创建BST和RBTs？

3 - 在尝试 2 中，在宏 #define _BST BST<K, T, RBNode<K, T>> 中，为什么将其写为 #define _BST BST<K, T, RBNode> 时会出错？在BSNode类中，定义了left和right 作为NODE<K, T>*。这意味着将 NODE 替换为 BSNode<K, T> 将导致 left 和 正确等于BSNode<K, T><K, T>*。为什么这是正确的方式？

设计是否有问题或是否可以改进？

【问题讨论】：

恐怕你错过了一个额外的间接级别。我认为惯用的方法是使用 CRTP。

@πάνταῥεῖ 你能举个例子吗？

当然：***.com/questions/4173254/… RBNode 应该作为派生自BST 的类类型传递。

标题的问题在于X要么是类，要么是类模板。无关：_BST 是为实现保留的名称。

【参考方案1】：

您需要将Node 和Tree 与特定的BSNode、RBNode、BSTree 和RBTree 类型分开

template <typename K, typename T, template<typename, typename> typename NODE>
struct Node

    K key;
    T value;

    NODE<K, T>* left;
    NODE<K, T>* right;

    // ...
;

template <typename K, typename T>
struct BSNode : Node<K, T, BSNode>
;

template <typename K, typename T>
struct RBNode : Node<K, T, RBNode>

    bool color;

    // ...
;

template <typename NODE>
struct Tree

    NODE* root = nullptr;

    // ...
;

template <typename K, typename T>
struct BSTree : Tree<BSNode<K, T>>

    // ...
;

template <typename K, typename T>
struct RBTree : Tree<RBNode<K, T>>

    // ...
;

除此之外：如果您正在制作 public 的所有内容，那么您最好使用 struct 而不是 class。唯一的区别是默认public。

【讨论】：

嗯，我想过这种方式，但我不确定这是否是一个好的解决方案。现在，BSNode 不再是 RBNode 的父级，而是兄弟姐妹，RBNode 可以' 不能代替 BSNode。另外，如果您能够为问题 3 提供答案，我将不胜感激。谢谢！

@StackExchange123 它们不是同一类型，所以最好不要混合它们。 #3 是因为您将 NODE 定义为类型，而不是模板。在BST 中没有你写NODE<K, T>

感谢您的回复。我相信 RBNode 只是一个添加了布尔颜色的 BSNode。为什么你说它们不是同一类型？

因为你不应该把RBNode 放在BSTree 中

您仍然可以编写不关心是否传递 BSTree 或 RBTree 而没有继承的函数

【参考方案2】：

问题在于节点定义。为简单起见，最好使用节点作为树本身，因此删除 BST 和 RBT 类。

节点类可以定义为：

template <typename K, typename T, template<typename, typename> typename Node>
class GenericNode


public:
    K key;
    T value;

    Node<K, T>* left = nullptr;
    Node<K, T>* right = nullptr;

    // common code
;

template <typename K, typename T>
class BSNode : public GenericNode<K, T, BSNode>

    // specific code if exists
;

template <typename K, typename T>
class RBNode : public GenericNode<K, T, RBNode>


public:
    bool color;

    // specific code
;

int main()

    
        BSNode<int, float> n1, n2, n3;
        n1.left = &n2;
        n1.right = &n3;
    

    
        RBNode<int, float> n1, n2, n3;
        n1.left = &n2;
        n1.right = &n3;
        n1.color = true;
    

回复 3. NODE作为BSNode类的模板参数，允许使用指向派生类的指针。否则，BSNode 可用于左右指针，但在许多情况下可能需要对派生类进行静态强制转换（例如 static_cast(left)）。这就是使用 NODE 的原因。

【讨论】：

感谢您的回答，但这并不能回答问题 3，另外，树和节点是不同的东西。例如，树将包含根节点，而节点则不包含。

我添加了回复 3. 树节点和树的主要区别是什么？ “std::unique_ptr my_tree”可以是完美定义的树。这取决于如何公开节点详细信息。 IMO 节点应该公开方法而不是原始字段。

嗯，例如，在红黑树中，根对它们有特殊的条件。例如，如果根为红色，则可以毫无问题地将其更改为黑色。这仅适用于根。此外，如果树为空，则意味着根为空，但树还不是空的。我希望能够使用树并将其清空并再次填充它而没有问题，为此我需要一个节点（树）的包装器。至于问题3，我不太清楚你的意思。我已经更新了这个问题，这样它就更清楚了。谢谢！

欢迎。关于回复 3，Node struct 只能有 K 和 T 参数以及指向 Node 的左右指针，它可以工作。然后从 Node 派生，您仍然会有指向 Node 的指针（而不是指向后代类的指针）。为了从左右成员访问派生对象（例如 RBNode），需要静态转换。