如何使用 C++ 中的模板编程从基类创建派生类？

Posted 2023-02-16

【中文标题】如何使用 C++ 中的模板编程从基类创建派生类？

【英文标题】：How to create derived classes from a base class using template programming in C++?

【发布时间】：2010-12-13 11:51:08

【问题描述】：

我需要从一个基类创建多个类（超过 50 个），唯一的区别在于派生类的名称。

例如，我的基类定义为：

class BaseError : public std::exception

private:
    int osErrorCode;
    const std::string errorMsg;

public:
    int ec;
    BaseError () : std::exception(), errorMsg() 

    BaseError (int errorCode, int osErrCode, const std::string& msg)
         : std::exception(), errorMsg(msg)
    
       ec = errorCode;
       osErrorCode = osErrCode;
    

    BaseError (const BaseError& other)
        : std::exception(other), errorMsg(other.errorMsg)
    
        ec  = other.errorCode;
        osErrorCode = other.osErrorCode;
    

    const std::string& errorMessage() const  return errorMsg; 

    virtual ~BaseError() throw()

我必须从这个基类创建很多派生类，每个派生类都有自己的构造函数、复制构造函数和虚拟析构函数，目前我正在复制/粘贴代码，在必要时更改名称：

class FileError : public BaseError
private:
    const std::string error_msg;

public:
    FileError () :BaseError(), error_msg() 

    FileError (int errorCode, int osErrorCode, const std::string& errorMessage)
        :BaseError(errorCode, osErrorCode, errorMessage)

    virtual ~FileError() throw()
;

问题： 有没有办法让这些类使用模板创建，这样就不会重复实现？

【问题讨论】：

稍微不相关的评论：与其提供自己的const std::string& errorMessage() const getter，不如重新实现通过继承std::exception 获得的虚拟const char *std::exception::what() const 函数。

为什么需要派生类？一个简单的typedef 还不够吗？据我所知，派生类没有任何用处。

如果你的派生类的行为保持不变，那么为什么不去模板化类呢？

另一个远程相关的评论：如果您的所有异常（可以）都有消息，请考虑在您的基类中只拥有一个 std::string errorMsg; 成员，而不是在基类中拥有一个成员，然后每个派生类中拥有一个成员.这更有效（就内存和运行时速度而言）。您可以通过提供（受保护的）setter 或将参数传递给基类构造函数来设置字符串成员变量。

【参考方案1】：

我想你想创建一个类层次结构，这样你就可以在你的 catch 子句中使用动态调度（依靠编译器来找出正确的类型）来实现自定义错误处理。为此，您可以保持BaseError 类的原样，然后添加一个模板类，然后为其提供多个实例化。考虑一下：

class BaseError : public std::exception

private:
    int osErrorCode;
    const std::string errorMsg;

public:
    int ec;
    BaseError () : std::exception(), errorMsg() 

    BaseError (int errorCode, int osErrCode, const std::string& msg)
         : std::exception(), errorMsg(msg)
    
       ec = errorCode;
       osErrorCode = osErrCode;
    

    // ...
;

template <int T>
class ConcreteError : public BaseError 
public:
    ConcreteError () :BaseError(), error_msg() 

    ConcreteError (int errorCode, int osErrorCode, const std::string& errorMessage)
        :BaseError(errorCode, osErrorCode, errorMessage)
;

您现在可以设置一些类型定义：

typedef ConcreteError<0> FileError;
typedef ConcreteError<1> NetworkError;
typedef ConcreteError<2> DatabaseError;
// ...

您现在有一个包含三个不同错误类别的层次结构。

【讨论】：

我喜欢这个，非常优雅（尤其是你以后总是给特定的例外他们自己的实现而不破坏这个方案）。唯一要补充的是，整数值应该是命名常量或枚举的一部分。 :)

这是否允许从共享库中抛出异常？

@Mephane：在这种情况下，命名常量或枚举会给你什么？您只需要有不同的类 - 您永远不会通过 ID 引用它们，因此您不需要为 ID 命名。

好吧，您可以将枚举设为例如 FILE, NETWORK, DATABASE, ... 并将 ConcreteError 重命名为 Error，并跳过 typedef 以支持仅使用例如Error<FILE>。 :)

@Frerich Raabe：这确实是最优雅的解决方案。我只有一个问题，id 编号对于 typedef 来说应该是唯一的吗？或者，如果我对所有这些都使用相同的数字，会有什么不同吗？另外，非常感谢您详细查看我的代码。我一定会根据您的建议工作。

【参考方案2】：

如果实现相同，则创建一个枚举，并在其上进行模板化。

enum error 
    file_error,
;
template<error e> class my_exception : public BaseError 
    ....
;
typedef my_exception<file_error> file_exception;

【讨论】：

为什么要在这种情况下使用命名常量或枚举呢？您只需要有不同的类 - 您永远不会通过 ID 引用它们，因此您不需要 ID 的名称。你总是只使用 typedef。

@Frerich：能够通过枚举引用它们并没有错。这是此解决方案的额外优势。

【参考方案3】：

如果实现完全相同，并且您只想为每个类使用不同的名称，那么简单的 typedef 就可以完成您的工作。

如果在实现上存在细微差别，但不是在接口上，那么您可能需要模板。然后再考虑policy based design。