CRTP 与 std::any 与虚函数一起使用答案

【问题标题】：CRTP used with std::any vs virtual functionsCRTP 与 std::any 与虚函数一起使用
【发布时间】：2021-09-04 09:43:36
【问题描述】：

我正在尝试创建一个编译时多态性设计，它不需要具有所有缺点的虚函数。但是，我正在努力创建简单、有效且易于理解的容器，该容器可以模拟在其基类容器中保存派生类的能力。我之前对编译时可变向量的尝试是有效的，但是代码非常混乱。这个解决方案对我来说似乎更干净。我有实现基本 CTRP 的简单代码。但是，我创建了一个运行时容器来存储 std::any 对象，然后根据对象的类型，我可以定义应该采取的操作。我有几个问题。

与使用虚函数相比，std::any 和后续的any_cast<>() 的使用对性能有何影响？
std::any 的用法在这种情况下有效吗？
有没有更好的方法来实现这样的容器？
有没有办法像使用虚函数一样强制实现（通过使用virtual <type> foo() = 0）？
创建一个将作为 CRTP 处理程序的对象是个好主意吗？所以我不会有一个用于 CRTP 调用的函数，而是一个可以管理这些调用的对象？

谢谢。

这是基类：

class base {
private:
  base() = default;
  friend T;

  T& implementation = static_cast<T&>(*this);
public:
  auto do_stuff() {
    return implementation.do_stuff();
  }
};

这里是实现：

#include <iostream>

class implementation_a : public base<implementation_a> {
public:
  auto do_stuff() {
    std::cout << 42 << std::endl;
  }
};

class implementation_b : public base<implementation_b> {
public:
  auto do_stuff() {
    return 420;
  }
};

这是容器：

#include <vector>
#include <any>

class crtp_vector {
private:
  std::vector<std::any> vec;

public:
  auto begin() {
    return vec.begin();
  }

  auto end() {
    return vec.end();
  }

  auto empty() {
    return vec.empty();
  }

  auto size() {
    return vec.size();
  }

  void clear() {
    vec.clear();
  }

  void push_back(const std::any& val) {
    vec.push_back(val);
  }

  auto emplace_back(const std::any& val) {
    vec.emplace_back(val);
  }
};

这里是主要的：

#include "crtp_container.h"

#include <utility>

/* crtp call handler */
template <typename T>
auto crtp_call(T& val) {
  return val.do_stuff();
}

int main() {
  crtp_vector vec;
  implementation_a A;
  implementation_b B;

  vec.push_back(A);
  vec.push_back(B);

  for(auto &member : vec) {
    if(member.type().name() == typeid(implementation_a).name()) {
      crtp_call(std::any_cast<implementation_a&>(member));
    }
    else if(member.type().name() == typeid(implementation_b).name()) {
      std::cout << crtp_call(std::any_cast<implementation_b&>(member)) << std::endl;
    }
    else {
      std::cerr << "no viable type conversion" << std::endl;
    }
  } 

  return 0;
}

【问题讨论】：

我使用 CRTP 在答案中实现了一个实现细节。可能对寻找想法/灵感有用：stackoverflow.com/a/63743699/4641116
任何重新发明虚函数和继承的“缺点”都会比虚函数的“缺点”更多。你苦苦挣扎的原因是因为没有什么比虚函数更好的了。如果有更好的东西，那就是虚函数的工作方式。
某天看看std::any的实现；机会很高，它在内部使用继承和虚函数。我预计std::any 的性能充其量与简单的多态性相同，甚至可能更差。
您实际上并未使用 CRTP。显示的代码不以任何方式依赖base。如果你完全放弃base，什么都不会改变。此外，您的crtp_vector 与std::vector<std::variant<implementation_a, implementation_b>> 略有不同；你不妨使用它。

标签： c++ containers crtp stdany

【解决方案1】：

你把它弄得太复杂了。显示的代码不以任何方式使用base；如果您只是将其完全删除，什么都不会改变。即使你一直说“CRTP”，你实际上并没有依赖 CRTP。

代码没有使用std::any 的能力来保存任何类型；它仅用于保存在编译时已知的一组固定类型之一。 std::variant 更适合这个。

总而言之，这个例子归结为：

class implementation_a {
public:
  auto do_stuff() {
    std::cout << 42 << std::endl;
  }
};

class implementation_b {
public:
  auto do_stuff() {
    std::cout << 420 << std::endl;
    return 420;
  }
};

int main() {
  implementation_a A;
  implementation_b B;

  std::vector<std::variant<implementation_a, implementation_b>> vec;
  vec.push_back(A);
  vec.push_back(B);

  for(auto &member : vec) {
      std::visit([](auto& elem) { elem.do_stuff(); }, member);
  } 

  return 0;
}

Demo

【讨论】：