如何从包含基类指针的容器中调用派生类函数（基于其类型）？

Posted 2023-02-21

【中文标题】如何从包含基类指针的容器中调用派生类函数（基于其类型）？

【英文标题】：How to call derived class function (based on its type) from a container which contain pointer of base class?

【发布时间】：2017-08-01 19:21:25

【问题描述】：

我从 Base 类继承来创建两个不同的 Derived 类（Derived1 和 Derived2），然后将它们放入一个向量中。假设我想根据类的类型调用派生类的函数。

伪代码：

if holder[1] stored Derived1 then I want to call GetZ() 
else if holder[1] stored Derived2 then I want to GetFlag(). 

一次尝试：

#include <iostream>
#include <memory>
#include <vector>

class Base 
 public:
  Base(int x, int y) : x_(x), y_(y) 

  int GetX()  return x_; 
  int GetY()  return y_; 

 private:
  int x_;
  int y_;
;

class Derived1 : public Base 
 public:
  Derived1(int x, int y, int z) : Base(x, y), z_(z) 

  int GetZ()  return z_; 

 private:
  int z_;
;

class Derived2 : public Base 
 public:
  Derived2(int x, int y, bool flag) : Base(x, y), flag_(flag) 

  bool GetFlag()  return flag_; 

 private:
  bool flag_;
;

std::vector<std::shared_ptr<Base>> holder;
void print();
int main() 
  holder.push_back(std::make_shared<Derived1>(3, 4, 5));
  holder.push_back(std::make_shared<Derived2>(6, 7, true));

  print();


void print()

  for(auto& it : holder)
    // call this if "it" is Derived2
    // else call it->GetX()
    // currently this gives compilation error 
    // because of object slicing
    std::cout << it->GetFlag() << std::endl;
  

【问题讨论】：

如果您不能以提供相似接口的方式编写类，那么多态可能不是最好的方法。

另一种可能性是访问者模式。

【参考方案1】：

for(auto& it : holder)
  if (auto* D1 = dynamic_cast<Derived1*>(it->get())) 
    std::cout << D1->GetZ();
   else if (auto* D2 = dynamic_cast<Derived2*>(it->get())) 
    std::cout << D2->GetFlag();
  
  std::cout << std::endl;

动态转换通常是代码异味，表明您的界面Base 缺少功能。动态转换后，您的界面将从 Base 状态变为整个类型层次结构的布局和内容。

改为添加：

virtual boost::optional<int> GetZ()  return ; 
virtual boost::optional<bool> GetFlag()  return ; 

到Base，并在派生中覆盖。

for(auto& it : holder)
  if (auto Z = it->GetZ()) 
    std::cout << *Z;
   else if (auto flag = it->GetFlag())
    std::cout << *flag;
  
  std::cout << std::endl;

现在我们不再关心我们用于实现 Z 或 Flag 的特定派生类型。

从this SO answer有一个link to a reference std::optional implementation使用boost软件许可，是一个头文件。

【讨论】：

@vantamula 是的，你可以自己编写一个optional 的实现。或者获取 C++17 std::optional。或者从某个地方找到一个。

我知道这个问题有点离题..但是你能指出我正确的方向来实现我自己的optional。

@vantamula 我所做的是我选择了一篇关于 C++17 的可选论文，并复制了我需要的接口部分。然后我就写了。简单实现中的困难部分是在 std::aligned_storage 中放置 new。

@vantamula 链接已添加到具有合理许可（增强许可）的 std::optional 的参考实现中。您可能想稍微修改一下，以便它不在std 中。它比我写的一个简单的可选要复杂大约 10 到 20 倍，但它有更多的功能。

【参考方案2】：

检查一下dynamic_cast 的妙招——如果它是可转换的，那么它就是正确的类型。

无论如何，我建议不要使用这种设计模式（在运行时检查类型并据此决定），而是将逻辑放入派生类中；有一个通用的方法可以做一件事或另一件事：

class Base 
 public:
  Base(int x, int y) : x_(x), y_(y) 

  int GetX()  return x_; 
  int GetY()  return y_; 

  virtual int do_the_right_thing();

 private:
  int x_;
  int y_;
;

class Derived1 : public Base 
 public:
  Derived1(int x, int y, int z) : Base(x, y), z_(z) 

  int GetZ()  return z_; 

  virtual int do_the_right_thing()  return GetZ() ;

 private:
  int z_;
;

class Derived2 : public Base 
 public:
  Derived2(int x, int y, bool flag) : Base(x, y), flag_(flag) 

  bool GetFlag()  return flag_; 

  virtual int do_the_right_thing()  return GetFlag() ;

 private:
  bool flag_;
;


void print()

  for(auto& it : holder)
    // call this if "it" is Derived2
    // else call it->GetX()
    // currently this gives compilation error 
    // because of object slicing
    std::cout << it->do_the_right_thing() << std::endl;
  

处理这个问题的 STL 风格的方式是模板和类型特征——但我个人认为这很麻烦。

【讨论】：

如果return GetFlag() 是bool 类型，是否会写入返回int？

GetFlag() 返回一个bool，它不是int。例如，如果boolalpha != 0、bool 的流式传输按字母顺序打印。你的do_the_right_thing 可以说应该是std::ostream&。

这确实很有争议:) 是的，你是对的，但方法名称表明我认为这里缺少什么：OP 对派生类做什么的考虑！因此，我非常感谢您发现我的错误，但话又说回来，由 OP 根据其应用程序的目的定义一个合理的接口。