在没有悬空指针的情况下返回 C++ 中的抽象数据类型答案

【问题标题】：Returning abstract datatypes in C++ without dangling pointers在没有悬空指针的情况下返回 C++ 中的抽象数据类型
【发布时间】：2011-08-08 22:21:14
【问题描述】：

你好，

我来自 C# 背景，没有很多 C++ 经验。为了生成干净的代码，我尝试分离实现和接口，并尽可能使用继承。当我尝试将典型的 C# 概念应用于 C++ 时，我遇到了一个迄今为止我无法解决的问题。我认为这对于一个有经验的 C++ 程序员来说可能是微不足道的，但它已经让我发疯了很长一段时间。

首先我声明一个基类（它现在不包含逻辑，但将来会）

class PropertyBase : public IProperty
{
};

然后我为属性定义一个接口

class IProperty
{
public:
    virtual ~IProperty() {};
    virtual PropertyBase    correct(const ICorrector &corrector) = 0;
    virtual PropertyBase    joinWith(const PropertyBase &partner, const IRecombinator &recombinator) = 0;
};

这就是问题所在：编译器为两个虚函数返回错误，表示不允许声明返回抽象类的函数。当然我不想返回PropertyBase 类型的对象。我想声明其他继承自 PropertyBase 的类，它们返回自己的实例。

现在我读到了一种可能的解决方法是像这样修改IProperty 以返回指针：

class IProperty
{
public:
    virtual ~IProperty() {};
    virtual PropertyBase*   correct(const ICorrector &corrector) = 0;
    virtual PropertyBase*   joinWith(const PropertyBase &partner, const IRecombinator &recombinator) = 0;
};

但是，如果可能的话，我想避免这种情况，以防止内存泄漏。如果有人能更好地解决这个问题，那就太好了。

非常感谢

【问题讨论】：

标签： c++ class function virtual abstract

【解决方案1】：

如果您担心内存泄漏，请切换到智能指针。这具有自我记录 wrt 的额外好处。返回对象的所有权。

class IProperty
{
public:
    virtual ~IProperty() {};
    virtual std::unique_ptr<PropertyBase> correct(const ICorrector &) = 0;
    virtual std::unique_ptr<PropertyBase> joinWith(const PropertyBase &,
                                                   const IRecombinator &) = 0;
};

在您的客户端代码中：

std::unique_ptr<PropertyBase> pb(property.correct(corrector));
// use pb and forget about it; smart pointers do their own cleanup

或者，如果你想对对象进行引用计数：

std::shared_ptr<PropertyBase> pb(property.correct(corrector));

请参阅 MSDN 文档以获取 unique_ptr、shared_ptr。

【讨论】：

【解决方案2】：

这可能不是您要寻找的答案，但在我看来，您对 C++ 中的指针和值有点困惑。

如果你想要适当的临时多态性，你必须在 C++ 中返回一个指针或一个引用。在这种情况下，编译器发出错误，因为基类是抽象的。如果可以实例化一个抽象类，它就会有“漏洞”。

经验法则是：只要有类层次结构，就不要按值返回此类类型的对象。假设您有class Base { int x; } 和class Derived : public Base { int y; }。如果你这样做：

Base Function() { Derived d; return d; }
...
Base b = Function();

那么b 将不是Derived 类“隐藏”Base 的值。 b 的值将是 Base。编译器会“切掉”Derived 和Base 之间的差异，并将其放入b。

在 C++ 中，您必须使用指针或引用来促进临时多态性。 C# 中的引用与 C++ 中的指针几乎相同，只是您不必在 C# 中释放对象，因为垃圾收集器会为您处理。

【讨论】：

【解决方案3】：

返回指向对象的指针并没有错。如果您担心内存泄漏，那么解决方案是使用智能指针来存储返回的指针。其中最灵活的是来自boost 的shared_ptr 或即将推出的C++0x 标准。

【讨论】：

如果返回指针的函数保证返回一个（指向一个）新对象，我推荐std::unique_ptr。 shared_ptr 可以从 unique_ptr 构造。

【解决方案4】：

更一般地说，如果您要在 C++ 中做大量的工作，那么熟悉指针和内存管理是必不可少的。为了深入了解 C++ 的这些方面和其他棘手的方面，我强烈推荐 Scott Meyers 的 Effective C++ 书籍和 Herb Sutter 的Exceptional C++ 书籍。

【讨论】：

【解决方案5】：

这个问题很容易解决。使用指针或引用作为返回值，但不应在指针中返回所有权，而不应返回所有权。

例如：

class A : public Base
{
public:
   Base *correct(const I &c) 
     { p2 = do_something(c); return &p2; }
   ...
private:
   A2 p2;
};

使这项工作有效的原因是您将 p2 存储在类中，并且永远不会将对象的所有权传递给它之外。接口中的函数不会创建新对象，而是只返回现有对象，并根据函数的参数配置为正确的状态。这是 unique_ptr 和 shared_ptr 解决方案的一个很好的替代方案，后者依赖于堆分配和创建新对象并传递它们。

现在，这样做的妙招是您需要在类的数据成员中列出您希望从正确() 函数返回的所有可能的类型。例如，如果有时你会返回不同的类型，它看起来像这样：

class B : public Base
{
public:
   Base *correct(const I &c) {
      switch(c.get_bool()) {
         case false: p3 = do_something_else(c); return &p3;
         case true: p4 = do_something(c); return &p4;
      };
   }
 private:
    B3 p3;
    B4 p4;
};

但是将你的对象 p3 和 p4 放在当前 B 对象中将完全解决这个问题。

【讨论】：