如何在二维类型层次结构中提供类型安全？

Question

考虑以下类层次结构：

class A {};
class B : public A {};
class C : public A {};
class D : public A {};

假设它不是平凡可约的：B、C 和 D 至少有一个成对的分离成员定义和至少一个从 A 继承的共享成员定义。

现在考虑一个包含指向第一个对象的指针的容器层次结构：

class AV : public std::vector<A*> {};
class BV : public AV {}; // contains only B*
class CV : public AV {}; // contains only C*
class DV : public AV {}; // contains only D*

再一次，假设它不是上面定义的简单可约化的。

这些类应该是“具有特征的容器”：为它们的元素和函数提供通用的容器函数，如“获取平均值”、“任何元素是否满足”等。 V 上的操作总是假定 { A, B, C ,D } 中 x 的类元素。

现在的问题是 AV 的子级提供了在 A* 上实例化的 std::vector 函数，而不是它们的实际内容分别为 B*、C*、D*。

我可以看到三种解决方案，都有不幸的缺点：

1. 覆盖类 [B|C|D]V 中的 std::vector 成员以强制转换为正确的指针类型
   • 明显的缺点：大量样板代码
2. 让 AV 不从 std::vector 继承，而是让 [B|C|D]V 从相应的 std::vector 实例化继承
   • 明显的缺点：AV 不能再用于只使用类 A 的元素成员的代码。
3. 不要将 [A|B|C|D]V 定义为类层次结构，而是作为类模板，为每个模板参数 [A|B|C|D] 提供实现
   • 明显的缺点：隐式层次信息丢失，尤其是。使用 Visual Studio 等 IDE 工具 -> 代码变得更难导航

请注意，如果容器是类 [A|B|C|D]V 的成员而不是父类，问题仍然存在。

有没有更好的解决方案？如果是惯用的，怎么称呼？

为了清楚起见进行了简化：

• C 指针而不是更合适的 std::weak_pointer
• 简短的类名而不是告诉类名
• 从 STL 容器继承可免费提供容器功能[s|ality]，这也是继承的目的。

将 STL 容器作为成员提供会导致其大部分功能的委托实现如下：

class AV
{
public:
  auto begin() { return this->container.begin(); }
  auto end()   { return this->container.end(); }
  /* etc. pp. */
protected:
  std::vector<A*> container;
}

Answer 1

应该可以的。

template<typename L>
class  V : public std::vector<L*> {}; // all members of original AV
class AV : public V<A> {}; // now empty
class BV : public V<B> {}; // as before
class CV : public V<C> {}; // "    "
class DV : public V<D> {}; // "    "

如果我没记错的话，与原始设置相比，应该没有进一步的限制。

在这一点上，我们距离@SamVarshavchik 的原始评论仅一步之遥，顺便说一句，这是关于这个问题的第一个活动。有时最简单的答案是最好的——也是最难发现的。

Answer 2

BV 不是AV。那里不应该有继承，因为BV 没有有用的方法来满足合理有用的可变AV 的不变量。在这里使用 (C++) 继承是有害的。

这是一个古老的矩形-正方形问题，其中不可变正方形是不可变矩形，但可变正方形不是可变矩形。

有 3 个插脚。阅读、写作和实施。

AV_reader 是BV_reader 的基类（等等）。 BV 上的非变异操作满足AV 的reasonabke 矿石和后置条件，假设A 和B 也是如此。

对于写作，情况并非如此； BV_writer 不是 AV_writer 的一种。可能它可以颠倒过来：AV_writer 是一种BV_writer，但这又依赖于A 和B 属性，这些属性比读取不变量少一些。还有一些扩展 (BV_writer_augment) 不会成为AV_writer 的一部分。参数的逆变可能让你免费获得这个。

在实现方面，使用vector<A*> 来存储vector<B*> 并将其包装在无数个内外转换中很容易出错并且很痛苦。

结论是：

您需要协变读取、逆变写入（我认为这两个名称是正确的：我有时会颠倒它们）和一个类似 CRTP 的模板实现系统，该系统执行类型检查，存储实际的底层向量，而不强制不强制转换。

这与 C++ 默认的多态继承指针系统不匹配。所以不要使用C++指针多态继承。

现在的问题是正确的解决方案很难，并且需要一些样板。但这是正确的做法。