命名参数习语和（抽象）基类

Question

假设我正在用 C++11 编写一个 3D 渲染器，我在其中创建材质并将它们分配给模型。

我希望能够使用命名参数成语创建材质，如下所示：

auto material = Material().color( 1, 0, 0 ).shininess( 200 );

然后我可以创建一个这样的模型：

auto model = Model( "path/to/model.obj", material );

我还希望能够将材料作为 r 值传递：

auto model = Model( "path/to/model.obj", Material() );

在这个简单的用例中，我可以这样写我的Model 类：

class Model {
  public:
    Model() = default;
    Model( const fs::path &path, const Material &material )
      : mPath( path ), mMaterial( material ) {}

  private:
    fs::path mPath;
    Material mMaterial;
};

问题

我想让Material 成为一个抽象基类，这样我就可以为特定种类的材料创建自定义实现。这意味着在我的Model 中，我必须存储一个指向该材料的指针（甚至是引用）。但是我不能再将材料作为 r 值传递。

我可以选择使用std::shared_ptr<Material> 成员变量，但是使用命名参数习语变得更加困难，因为在这种情况下我将如何构造材料？

大家有什么好的建议吗？

更详细的示例代码

class Material {
  public:
    virtual ~Material() = default;
    virtual void generateShader() = 0;
    virtual void bindShader() = 0;
};

class BasicMaterial : public Material {
  public:
    BasicMaterial() = default;
    BasicMaterial( const BasicMaterial &rhs ) = default;

    static std::shared_ptr<BasicMaterial> create( const BasicMaterial &material ) {
      return std::make_shared<BasicMaterial>( material );
    }

    void generateShader() override;
    void bindShader() override;

    BasicMaterial& color( float r, float g, float b ) {
      mColor.set( r, g, b );
      return *this;
    }

  private:
    Color mColor;
};

class Model {
  public:
    Model() = default;
    Model( const fs::path &path, ...what to use to pass Material?... )
      : mPath( path ), mMaterial( material ) {}

  private:
    Material  mMaterial; // Error! Can't use abstract base class as a member.
    Material* mMaterial; // We don't own. What if Material is destroyed?
    Material& mMaterial; // Same question. Worse: can't reassign.

    std::shared_ptr<Material> mMaterial; // This? But how to construct?    
};

// Can't say I like this syntax much. Feels wordy and inefficient.
std::shared_ptr<Material> material = 
  BasicMaterial::create( BasicMaterial().color( 1, 0, 0 ) );

auto model = Model( "path/to/model.obj", 
  BasicMaterial::create( BasicMaterial().color( 0, 1, 0 ) );

Answer 1

实际上，我想我已经在详细的代码示例中几乎回答了我自己的问题。 shared_ptr<Material> 方法效果很好，除了它的构造。但我可以编写以下辅助函数来解决这个问题：

namespace render {

template<class T>
std::shared_ptr<T> create( const T& inst ) {
  return std::make_shared<T>( inst );
}

}

现在我可以像这样创建材质和模型：

auto model = Model( "path/to/model.obj", create( BasicMaterial().color( 0, 0, 1 ) );

这是可读、清晰且不太罗嗦的。

当然，我还是很想听听其他想法或意见。

Answer 2

另一种方法是添加一个类MaterialHolder，该类将shared_ptr 作为成员。

// *** Not tested ***
class MaterialHolder
{
public:
    template <typename T> T &create() 
{ 
        T *data = new T;
        material.reset(data); 
        return *data; 
}

private:
    std::shared_ptr<Material> material;
};

用法：

MaterialHolder x;
x.create<BasicMaterial>().color(1, 0, 0);

你可以做出一些变化，比如：

• 有一个NullMaterial 来处理create 未被调用的情况。
• 如果您尝试使用未创建的材质，则会引发异常。
• 将 MaterialHolder 重命名为 MaterialFactory 并将该类仅用于创建目的（并具有移出指针的功能）。
• 请改用unique_ptr。

或者您也可以随时手动编写代码：

auto m1 = std::make_shared<BasicMaterial>();

(*m1)
    .color(1, 0, 0)
    .shininess(200)
    ;