如何实现为其派生类提供功能以跟踪其实例的类模板？

Question

我正在尝试创建一个抽象类模板 (InstanceTracker)，如果类需要对其所有实例执行操作的功能，则可以从该模板继承。该类包含指向“T”的指针的静态向量，并且每次运行 InstanceTracker 构造函数时，我都会推回一个指向该向量的新指针。我通过返回“T*”的纯虚拟 getDerivedPtr() 方法执行此操作，从 InstanceTracker 派生的每个类都必须使用 return this; 实现。不过，您可能已经看到出了什么问题。您永远不能从基本构造函数调用纯虚函数——因为它还不存在。如何为我的 InstanceTracker 类找到解决此问题的方法？这是该类的代码：

#pragma once
#include <vector>

template <typename T>
class InstanceTracker
{
public:
    InstanceTracker() noexcept
    {
        allInstances_.push_back(getDerivedPtr());
    }
    InstanceTracker(const InstanceTracker& source) noexcept
        : InstanceTracker()
    {
    }
    InstanceTracker(const InstanceTracker&& source) noexcept
        : InstanceTracker()
    {
    }
    virtual ~InstanceTracker() noexcept
    {
        auto it = std::find(allInstances_.begin(), allInstances_.end(), this);
        int index = it - allInstances_.begin();
        allInstances_.erase(allInstances_.begin() + index);
    }
    virtual T* getDerivedPtr() = 0;
protected:
    static std::vector<T*> allInstances_;
};

如果你想尝试运行代码，看看它为什么现在不起作用，这里有一个继承自 InstanceTracker 的简单类：

class Derived1 : public InstanceTracker
{
public:
    Derived1* getDerivedPtr() override
    {
        return this;
    }
};

Answer 1

你可能最好使用组合而不是继承，但我假设你有充分的理由更喜欢这里的继承。

困难在于，当基类构造函数运行时，this 指针只是指向基类实例的指针。派生实例甚至还没有退出。 （同样，在销毁时，对象的派生部分已经未初始化）。所以如果你调用一个虚方法，你会得到基类的实现而不是派生类的实现。在你的情况下，基类实现甚至不存在，所以你被卡住了。

您可以可能将基类的 this 指针转换为指向派生类的指针，但这并不能保证有效，并且可能涉及未定义的行为。

解决此问题的一种方法是存储指向基类型 (InstanceTracker *) 的指针，而不是指向派生类型的指针。那么你的getDerivedPtr 方法不需要是虚拟的，它可以在安全的情况下进行强制转换。

template <typename T>
class InstanceTracker {
    public:
        InstanceTracker() noexcept {
            allInstances_.push_back(this);
        }

        // other constructors elided for space

        virtual ~InstanceTracker() noexcept {
            std::erase(
                std::remove(allInstances_.begin(), allInstances_.end(), 
                            this),
                allInstances.end());
        }

        T* getDerivedPtr() {
            return static_cast<T*>(this);  // downcast
        }

    protected:
        // allInstances_ stores base class pointers
        static std::vector<InstanceTracker*> allInstances_;
};

注意事项：

• 如果您使用 RTTI，运行时类型识别，您可以使用 dynamic_cast 而不是 static_cast。您不应该使用reinterpret_cast，因为编译器可能需要调整基指针作为转换的一部分。

• 如果您将派生类型的实例创建为const，您可能会遇到问题。