在 C++ 中抽象容器

Posted 2023-02-23

【中文标题】在 C++ 中抽象容器

【英文标题】：Abstracting containers in C++

【发布时间】：2021-12-31 10:05:48

【问题描述】：

我想要一个包含返回可迭代对象（容器？）的方法的虚拟基类（接口）。实现类将各自处理它们的容器，例如，A 类将容器实现为向量，B 类实现为列表等。

基本上，我想做这样的事情：

class Base
  virtual Container getContainer() = 0;


class A:Base
  Vector v;
  Container getContainer() return v;


A a;
Iterator begin = a.getContainer().begin;
Iterator end = a.getContainer().end;

如中，调用者将负责处理迭代器（例如调用开始和结束函数进行迭代）

我认为这样的事情是可能的，但我不知道该怎么做。具体来说，我假设 vector 和 list 等类继承自定义方法 begin() 和 end() 的通用接口，但我无法弄清楚该接口是什么以及如何处理它。

【问题讨论】：

查找类型擦除。

查看***.com/questions/22350712/… 或softwareengineering.stackexchange.com/questions/386614/…

您不能以这种方式抽象标准容器，因为它们没有通用的基类。容器的规范基于每个容器提供一个接口（例如一组特定的成员函数），但是，尽管所有接口中都有一些共同的元素，但不同的容器没有相同的接口 - 并且没有共同的基类标准容器（在 c++ 标准库中）和用户定义的容器需要继承自。

【参考方案1】：

查看 cppreference.com。这个通用接口只是一个约定和一些规则，而不是实际的 C++ 类型。所以不，你不能多态地使用容器。简单的原因是效率，运行时多态性会降低性能。如需更详细的了解，有很多关于 STL 背后的设计理念的文档，其中有所体现。

如果你真的想实现这一点，你不仅需要围绕 STL 风格的序列容器（deque、vector、list、array）的包装类，还需要围绕迭代器的包装类。迭代器通常与容器硬绑定，因此有这种连接。包装类还必须提供您在底层容器中找到的各种方法，例如begin()、end()、size()等

请注意，并非每个容器都支持所有方法。例如，有些不支持push_front()，而只支持push_back()。它们都有begin() 和end()，但是单链表（目前不是C++ 的一部分）不能有rbegin() 和rend()。您可以将这些类别分类为单独的纯虚拟基类。

总的来说，我怀疑这是否有用。如果您想交换实现，请设计您的代码，使容器成为它的模板参数。然后在编译时解析所有调用，从而减少代码、更少的内存需求和更高的性能。

【参考方案2】：

容器不是多态的。没有通用的基类。迭代器也是如此。

这是有意的，因为当通过基于虚拟方法的接口完成时，逐个元素的迭代被证明是非常低效的。可以，但是速度很慢。

Boost 具有任何范围和任何迭代器，或者您可以使用自己的 vis 类型擦除技术。我建议不要这样做。

获得迭代多态的最简单和最便宜的方法是添加一个foreach_element(std::function<void(Element const&)>)const 方法。您可以使用foreach_element(std::function<void(std::span<Element const>)>)const 批量迭代以减少开销，允许元素被容器聚集在一起。这将比完全多态的迭代器和容器更容易编写和更快。