C++虚拟模板方法

Question

我知道这个问题已经一次又一次地以许多不同的形式得到了回答，这可能是 C++ 设计中最令人困惑的点之一，但我正在努力学习这门语言，经过多年在纯 C 中做了很多事情在 C++ 世界中将被认为是非常非法的（想想函数指针杂耍）。在放弃并改用另一种语言之前，我想尝试让自己接受 C++ 思维方式。

我刚刚开始了一个项目，其中最基本的组件是一个流类，为此我希望它是通用的：它将流式传输什么样的数据取决于它的子类。

template <typename T>
class BasicStream {
protected:
    T *buffer;
    unsigned int bufferSize;
    unsigned int bufferPos;
    bool streamEnd=false;
public:
    virtual T read();
};

我的想法是将对象链接在一起，就像某个类的一个对象的输出被另一个类的另一个对象直接读取一样。但要使其工作，所有对象都必须能够接受通用的read() 函数并返回其所需的类型。例如，我有一个类来拼接接受字节（无符号字符）作为输入的位：

class BitExtractor : public BasicStream<bool> {
private:
    unsigned char bitMask;
    unsigned char byte;
    BasicStream<unsigned char> &byteSource;

public:
    BitExtractor(BasicStream<unsigned char> &source);
    virtual bool read();
};

它返回一个bool 类型并且需要从BasicStream 派生的任何类并且具有<unsigned char> 返回类型作为输入。我的想法是让输入与数据源完全无关；无论是文件、互联网流，甚至是内存中的某个位置；全部围绕从BasicStream<unsigned char>派生的类。

一个例子是 FileReader 类，用于处理异步文件加载：

class FileReader : public BasicStream<unsigned char> {
protected:
    FILE *file;
    bool asyncFlag;
    bool asyncOpReady;
    bool fileEnded;
    pthread_t asyncThread;
    unsigned int lastRead;
public:
    FileReader(char *fileName,int bufferSize=1024,bool asyncRead=false);
    ~FileReader();

    virtual unsigned char read();

private:
    typedef struct {
        unsigned int amount;
        unsigned int *read;
        unsigned char *buffer;
        FILE *file;
        bool *flag;
        bool *flagStreamEnd;
    } TData;
    static void AsyncRead(void *data);
};

现在，假设我想创建一个使用 FileReader 作为数据源的 BitExtractor。

BitExtractor bx=BitExtractor(FileReader("SomeFile.abc"));
bool firstBit = bx.read();

在内部，BitExtractor 正在调用 FileReader read() 方法。我的假设是，由于FileReader 是从BasicStream<unsigned char> 派生的类，它应该识别模板化函数。

BitExtractor::BitExtractor(BasicStream<UInt8> &source):bitMask(128),byteSource(source){}

bool BitExtractor::read(){
    bool bit=byte&bitMask;
    if(streamEnd==false){
        bitMask>>=1;
        if(bitMask==0){
            try {
                byte=byteSource.read();
                bitMask=128;
            } catch (...) {
                streamEnd=true;
            }
        }
    }
    else{
        throw "Bytesource has ended!\n";
    }

    return bit;
}

即使编译成功，由于vtable 错误导致链接失败：

Undefined symbols for architecture x86_64:
  "BasicStream<bool>::read()", referenced from:
      vtable for BasicStream<bool> in BitIO.o
  "BasicStream<unsigned char>::read()", referenced from:
      vtable for BasicStream<unsigned char> in FileIO.o

我已经通过其他 StackOverflow 问题了解到，我的代码在 C++ 中是不可能的，因为它缺乏运行时多态性（编译器无法确定子类在运行时调用的 BasicStream 的哪个模板）。我的问题是，鉴于我的数据流/链接模式，是否有任何其他“C++ish”替代方案来实现我的设计，例如使用或继承 STL 中的某些东西（我几乎一无所知）？

还是在 C++ 中根本无法实现？

Answer 1

目前的问题是您将模板成员函数声明为虚拟：

virtual T read();

... 但你没有定义它；这就是为什么您会收到链接时错误 - BasicStream<bool> 类的 vtable 需要一个函数来指向，但没有。我很确定问题可以通过将其设为纯虚拟来解决：

virtual T read() = 0;

...或提供默认定义。

Answer 2

当然，您应该使用标准库中的流。

您提到的唯一重要功能是从流中读取布尔值，这是通过 std::basic_istream 的适当 operator>> 完成的。如果您有额外的特殊需求，可以在 ad hoc 流子类中覆盖它。

问题中的代码存在人为限制，即假装流是某种类型的同质值序列，具有非常不方便的模板参数。 实际上，流应该被认为是任何类型的值的源或接收器（您可以在任何位置读取或写入任何内容）或字节序列（读取、写入和从其他类型的值转换为其他类型的值）。标准库流使用重载和模板化的 operator>> 和 operator