C++：深度复制基类指针

Posted 2023-02-18

【中文标题】C++：深度复制基类指针

【英文标题】：C++: Deep copying a Base class pointer

【发布时间】：2012-08-28 15:28:12

【问题描述】：

我四处搜索，似乎为了执行此操作，我需要更改我的 Base 类并想知道这是否是最好的方法。 例如， 我有一个基类：

class Base 

然后是一长串派生类：

class Derived_1:: public Base 
class Derived_2:: public Derived_1
...
...
class Derived_n:: public Derived_M

然后我还有另一堂课：

class DeepCopy 
 
  Base * basePtr;

  public:
   DeepCopy(DeepCopy & dc) 

假设 Base 类和 Derived_x 类的复制构造函数编码正确，为 DeepCopy 编写复制构造函数的最佳方法是什么。我们如何知道要复制的对象的 basePtr 中的类？

我能想到的唯一方法是使用 RTTI，但使用一长串 dynamic_casts 似乎不正确。此外，它还需要 DeepCopy 了解 Base 类的继承层次。

我看到的另一种方法是here。但它需要 Base 和 Derived 类实现克隆方法。

那么有没有更简单、更标准的方法呢？

【问题讨论】：

如果你使用的是 POD 数据类型，我会说memcpy，但既然你不是，你可以使用模板。

【参考方案1】：

您需要使用虚拟复制模式：在执行复制的接口中提供一个虚拟函数，然后在整个层次结构中实现它：

struct base 
   virtual ~base()                 // Remember to provide a virtual destructor
   virtual base* clone() const = 0;
;
struct derived : base 
   virtual derived* clone() const 
      return new derived(*this);
   
;

那么DeepCopy对象只需要调用那个函数：

class DeepCopy 
 
  Base * basePtr;    
public:
   DeepCopy(DeepCopy const & dc)           // This should be `const`
      : basePtr( dc.basePtr->clone() )
   
;

【讨论】：

谢谢。我们不需要在基类 clone() 中返回 this* 吗？

@madu 如果你想拥有基类的实际对象，你应该以与派生类相同的方式实现base::clone：return new base(*this);。如果您只想将基类用作基类，而不是实例化它的实际对象，最好通过设置virtual base *clone() const = 0; 跳过其定义。

@madu：是的，这是答案中的一个错误。虚成员函数应该是纯的或正确实现的。

你在哪里覆盖clone？ base::clone 的返回类型是base * 其中derived::clone 的返回类型是derived *，这不是同一个数据类型，是吗？我认为derived::clone 应该返回base *。

@MuhamedCicak：它被称为可变返回类型。覆盖函数的返回类型不必相同，必须是协变的

【参考方案2】：

使用采用clone() 函数的方法是一个很好的解决方案。注意使用 CRTP (the curiously recurring template pattern) 可以为您节省一些工作。你这样做的方法是引入一个中间级别（下面称为BaseCRTP），它是一个模板并实现clone() 函数。当您派生实际类时，将它们用作派生它们的基类的模板参数。他们将自动为他们实现clone() 函数。确保派生类实现了复制构造函数（或确保默认值是您所需要的）。

/* Base class includes pure virtual clone function */
class Base 
public:
  virtual ~Base() 
  virtual Base *clone() const = 0;
;

/* Intermediate class that implements CRTP. Use this
 * as a base class for any derived class that you want
 * to have a clone function.
 */
template <typename Derived>
class BaseCRTP : public Base 
public:
  virtual Base *clone() const 
      return new Derived(static_cast<Derived const&>(*this));
  
;

/* Derive further classes. Each of them must
 * implement a correct copy constructor, because
 * that is used by the clone() function automatically.
 */
class Derived1 : public BaseCRTP<Derived1> 
  /*... should have an ordinary copy constructor... */
;

class Derived2 : public BaseCRTP<Derived2> 
  /*... should have an ordinary copy constructor... */
;

然后您显然可以以通常的方式实现DeepCopy 类：

class DeepCopy 
 
  Base *basePtr;    
public:
  DeepCopy(const DeepCopy &dc)
    : basePtr(dc.basePtr->clone())
  
;

【讨论】：

为了整洁而加一个。这是我见过的最优雅的方式。

@jogojapan 优雅 +1。如果我们需要从 Derived1 继承 Derived11 怎么办？用 Derived11 模板参数覆盖克隆函数还是有正确的方法？

【参考方案3】：

我认为在这种情况下模板是最好的选择：

template<typename Sub>
class DeepCopy

    Base *base;

    DeepCopy(Sub *sub)
    
        base = new Sub(*sub); // use copy constructor
    

这确实意味着DeepCopy 不能相互分配，但这就是您使用 C++ 所付出的代价。