在 C++ 中使用 unique_ptr 的工厂模式

Question

我在 C++ 中有一个旧的工厂实现，我想在其中使用唯一指针而不是原始指针。我的代码的一个最小示例如下。我有一个基类A 和一个派生类B。在main()中，我将1传递给A中的create方法，现在b1的类型变成了B。

#include <iostream>
#include <map>

class A {
 public:
  A() {}
  virtual void Foo() {}
  std::map<int, A *> &registerType() {
    static std::map<int, A *> map_instance;
    return map_instance;
  }
  A *create(int n) { return registerType()[n]; }
};

class B : A {
 public:
  B() { registerType()[1] = this; }
  void Foo() { std::cout << "I am B!\n"; }
};

static B b0;

int main() {
  A *b1 = new A();
  b1 = b1->create(1);
  b1->Foo();

  return 0;
}

现在如果我想将原始指针更改为唯一指针，我自然会得到一个错误集合（以下代码导致错误）：

#include <iostream>
#include <map>
#include <memory>

class A {
 public:
  A() {}
  virtual void Foo() {}
  std::map<int, std::unique_ptr<A>> &registerType() {
    static std::map<int, std::unique_ptr<A>> map_instance;
    return map_instance;
  }
  std::unique_ptr<A> create(int n) { return registerType()[n]; }
};

class B : A {
 public:
  B() { registerType()[1](this); }
  void Foo() { std::cout << "I am B too!\n"; }
};

static B b0;

int main() {
  std::unique_ptr<A> b1(new A());
  b1 = b1->create(1);
  b1->Foo();

  return 0;
}

错误是：

In member function 'std::unique_ptr<A> A::create(int)':
use of deleted function 'std::unique_ptr<_Tp, _Dp>::unique_ptr(const std::unique_ptr<_Tp, _Dp>&) [with _Tp = A; _Dp = std::default_delete<A>]'
   std::unique_ptr<A> create(int n) { return registerType()[n]; }

In constructor 'B::B()':
no match for call to '(std::map<int, std::unique_ptr<A> >::mapped_type {aka std::unique_ptr<A>}) (B* const)'
   B() { registerType()[1](this); }
                               ^

所以我想知道：

1. 是否打算在像我这样的情况下使用唯一指针？ （我认为答案应该是肯定的！）
2. 我需要将this 作为unique_ptr 类型传递给registerType 方法。如何将指向当前实例的指针（this 关键字）的所有权传递给unique_ptr？ （如果可能或打算可能的话。）
3. 如果在这里使用唯一指针是一个好习惯，我应该如何实现它？

Answer 1

首先，如果有人想要实现工厂模式，可以使用原始指针的可接受方式如下：

#include <iostream>
#include <map>

class A;

class A_Factory {
 public:
  A_Factory() {}
  virtual A *create() = 0;
};

class A {
 public:
  A() {}
  static void registerType(int n, A_Factory *factory) {
    get_factory_instance()[n] = factory;
  }
  static A *create(int n) {
    A *A_instance = get_factory_instance()[n]->create();
    return A_instance;
  }
  virtual void setMyID(int n) {}
  virtual void I_am() { std::cout << "I am A\n"; }
  virtual ~A() {}

 protected:
  int MyID;
  static std::map<int, A_Factory *> &get_factory_instance() {
    static std::map<int, A_Factory *> map_instance;
    return map_instance;
  }
};

class B : public A {
 public:
  B() {}
  void Foo() {}
  void I_am() { std::cout << "I am B " << MyID << "\n"; }
  void setMyID(int n) { MyID = n; }
  ~B() {}

 private:
};

class B_Factory : public A_Factory {
 public:
  B_Factory() { A::registerType(1, this); }
  A *create() { return new B(); }
};

static B_Factory b0_factory;

void caller() {}

int main() {
  A *b1 = A::create(1);
  A *b2 = A::create(1);
  b1->setMyID(10);
  b2->setMyID(20);
  b1->I_am();
  b2->I_am();
  delete b1;
  delete b2;

  return 0;
}

A 是基类，B 是派生类。如果我们将1 传递给A::create(int n)，则会生成B 类型的对象。内存是手动管理的，不会有内存泄漏。

关于帖子中的问题：

1. 是的。 unique_ptr 很棒；尽可能使用它们！
2. 根据问题中提出的设计，传递this 的所有权在某种程度上是必要的。我想不出一种方法来传递this 的所有权。使用答案中提供的设计，无需传递this 的所有权。
3. 在上述工厂模式中实现 unique_ptr 如下：

#include <iostream>
#include <map>
#include <memory>

 class A;

 class A_Factory {
 public:
  A_Factory() {}
  virtual std::unique_ptr<A> create_unique() = 0;
};

 class A {
 public:
  A() {}
  static void registerType(int n, A_Factory *factory) {
    get_factory_instance()[n] = factory;
  }
  static std::unique_ptr<A> create_unique(int n) {
    std::unique_ptr<A> A_instance =
        std::move(get_factory_instance()[n]->create_unique());
    return A_instance;
  }

  virtual void setMyID(int n) {}
  virtual void I_am() { std::cout << "I am A\n"; }
  virtual ~A() {}

 protected:
  int MyID;
  static std::map<int, A_Factory *> &get_factory_instance() {
    static std::map<int, A_Factory *> map_instance;
    return map_instance;
  }
};

 class B : public A {
 public:
  B() {}
  void Foo() {}
  void I_am() { std::cout << "I am B " << MyID << "\n"; }
  void setMyID(int n) { MyID = n; }
  ~B() {}

 private:
};

 class B_Factory : public A_Factory {
 public:
  B_Factory() { A::registerType(1, this); }
  std::unique_ptr<A> create_unique() {
    std::unique_ptr<A> ptr_to_B(new B);
    return ptr_to_B;
  }
};

 static B_Factory b0_factory;

 void caller() {}

 int main() {
  std::unique_ptr<A> b1 = std::move(A::create_unique(1));
  std::unique_ptr<A> b2 = std::move(A::create_unique(1));
  b1->setMyID(10);
  b2->setMyID(20);
  b1->I_am();
  b2->I_am();

  return 0;
}

如您所见，无需手动管理内存，内存管理由unique_ptr 处理。