如何在 C++ 中允许自定义返回类型的成员函数进行类型擦除？

Question

在过去几年中，类型擦除或基于概念的运行时多态性变得非常流行，参见例如Sean Parent Better Code: Runtime Polymorphism、Inheritance Is The Base Class of Evil 或 C++ Seasoning 的会谈。 Adobe、Facebook、Boost.TypeErasure、Boost.te 或 dyno 的实现。

这是 Sean Parent 演讲的一个例子：

class object_t {
    struct concept_t {
        virtual ~concept_t() = default;
        virtual void draw_(ostream&, size_t) const = 0;
    };
    template <typename T>
    struct model final : concept_t {
        model(T x) : data_(move(x)) { }
        void draw_(ostream& out, size_t position) const override 
        { draw(data_, out, position); }
        T data_;
    };
    shared_ptr<const concept_t> self_;
public:
    template <typename T>
    object_t(T x) : self_(make_shared<model<T>>(move(x))){ }
    friend void draw(const object_t& x, ostream& out, size_t position)
    { x.self_->draw_(out, position); }    
};

在上面的示例中，任何类T 都必须提供一个函数

void draw(T data, std::ostream out, size_t position);

这对于任何T 都很容易实现，因为返回类型是void，并且参数签名都是已知的编译时间。如果返回类型为 int、double、std::string 等，情况也是如此。

这是实际的问题：如何为自定义返回类型 RType resp 执行此操作。参数类型ArgType?

class object_t {
    struct concept_t {
        virtual ~concept_t() = default;
        virtual void draw_(ostream&, size_t) const = 0;
        virtual RType foo (ArgType arg) const = 0; // new function
    };
    template <typename T>
    struct model final : concept_t {
        model(T x) : data_(move(x)) { }
        void draw_(ostream& out, size_t position) const override 
        { draw(data_, out, position); }
        RType foo (ArgType arg) const override 
        { return data_.foo(arg);}; // new function
        T data_;
    };
    shared_ptr<const concept_t> self_;
public:
    template <typename T>
    object_t(T x) : self_(make_shared<model<T>>(move(x))){ }
    friend void draw(const object_t& x, ostream& out, size_t position)
    { x.self_->draw_(out, position); }    
    RType foo (ArgType arg) const 
    { return self_->foo(arg);}; // new function
};

(i) 如果RType 或ArgType 是显式类型，即存在类型class MyClass{};，我们可以定义using RType = MyClass; 或using ArgType = MyClass，一切都很好。

(ii) 如果RType 或ArgType 是基于概念的多态类型，例如object_t，它也可以。 但这意味着代码库将充满接口类，例如object_t。不要误解我的意思，这将是一个公平的代价，但需要一些时间来适应它并构建一个代码库来做到这一点。

现在有问题的部分：如果我有类似 using RType = typename T::RType 或 using ArgType = typename T::ArgType 的类 T ，我可以让示例工作吗？

即

class T {
public:
    using ArgType = /*...*/;
    using RType = /*...*/;
/*...*/
}; 

编辑：

最终目标是有两个类

class MyClass {
    using ArgType = /* e.g. int*/; 
    using RType = /* e.g. double*/;
    RType foo (ArgType arg) const {/*...*/;}
};

和

class YourClass {
    using ArgType = /* e.g. size_t*/; 
    using RType = /* e.g. float*/;
    RType foo (ArgType arg) const {/*...*/;}
};

这样我们就可以同时使用object_t，即

object_t myObj(MyClass(/*...*/));
object_t yourObj(YourClass(/*...*/));
// use provided functionality
// ... myObj.foo(...)
// ... yourObj.foo(...)

Answer 1

当然，object_t::foo 的任何一个重载都必须有一个返回类型，并且有充分的理由：如果客户端可以接收一个类型的对象，该对象只存在于创建 object_t 的某个其他翻译单元中，那么如何编译器可能会生成代码来处理它？如果有某种类型可以将所有各种返回类型转换成某种类型，则可以将其用作外部返回类型，但这肯定太局限了。

当然，您可以提供一个至少接受任何类型的foo 函数模板，但是您将如何实现它呢？函数模板不能是virtual，原因类似，无法从任何一个翻译单元获知（典型）vtable 的大小。您可以将几种已知类型中的每一种路由到其自己的虚函数，但必须事先知道此类函数的列表；或者，您可以再次依赖将任何参数转换为某种已知类型，但模板的客户端可以自己做。

唯一的其他选择是为参数和返回值定义一个接口，以提供和编写所有实现类和客户端代码。这当然是有多少种脚本语言在起作用：本质上，CPython 中的每个内置函数都有签名

PyObject* func(PyObject*);

因此，即使是任意 Python 数据的有状态 C++ 可访问操纵器也可以存储在 std::function<PyObject*(PyObject*)> 中，而无需定义您自己的类型擦除类。