C++ 中的多重继承困境

Question

我的 C++ 库的设计遇到了问题。它是一个用于读取流的库，支持我在其他“流”实现中未找到的功能。我决定开始写它的原因并不重要。关键是我有一个流类，它通过多重继承提供两个重要的行为：可共享性和可查找性。

可共享流是那些具有 shareBlock(size_t length) 方法的流，该方法返回与其父流共享资源的新流（例如，使用父流使用的相同内存块）。可搜索流是那些......好吧，可搜索的流。通过seek()方法，这些类可以寻找流中的给定点。并非库的所有流都是可共享和/或可查找的。

提供查找和共享资源实现的流类继承了名为 Seekable 和 Shareable 的接口类。如果我知道这样的流的类型，那就太好了，但是，有时，我可能想要一个函数接受一个流作为参数，该流简单地同时满足可查找和可共享的质量，无论它实际上是哪个流类是。我可以创建另一个继承 Seekable 和 Shareable 的类，并引用该类型，但随后我必须使我的类既可查找又可共享，并从该类继承。如果要添加更多类似的“行为类”，我将需要在代码中的各处进行多次修改，很快就会导致代码无法维护。有没有办法解决这个困境呢？如果没有，那么我绝对会理解为什么人们对多重继承不满意。它几乎完成了这项工作，但是，就在那时，它没有:D

感谢任何帮助。

-- 第二次编辑，首选问题解决方案 --

起初我认为 Managu 的 解决方案将是我的首选之一。然而，Matthieu M. 带来了另一个我比 Managu 更喜欢的：使用 boost::enable_if<> ;。如果 BOOST_MPL_ASSERT 生成的消息不是那么令人毛骨悚然，我想使用 Managu 的解决方案。如果有任何方法可以创建指导性的编译时错误消息，我肯定会这样做。但是，正如我所说，可用的方法会产生令人毛骨悚然的消息。因此，我更喜欢在不满足 boost::enable_if<> 条件时生成的（少得多）指导性但更清晰的消息。

我创建了一些宏来简化编写模板函数的任务，这些模板函数采用继承选择类类型的参数，如下所示：

// SonettoEnableIfDerivedMacros.h
#ifndef SONETTO_ENABLEIFDERIVEDMACROS_H
#define SONETTO_ENABLEIFDERIVEDMACROS_H

#include <boost/preprocessor/repetition/repeat.hpp>
#include <boost/preprocessor/array/elem.hpp>
#include <boost/mpl/bool.hpp>
#include <boost/mpl/and.hpp>
#include <boost/type_traits/is_base_and_derived.hpp>
#include <boost/utility/enable_if.hpp>

/*
    For each (TemplateArgument,DerivedClassType) preprocessor tuple,
    expand: `boost::is_base_and_derived<DerivedClassType,TemplateArgument>,'
*/
#define SONETTO_ENABLE_IF_DERIVED_EXPAND_CONDITION(z,n,data) \
        boost::is_base_and_derived<BOOST_PP_TUPLE_ELEM(2,1,BOOST_PP_ARRAY_ELEM(n,data)), \
                BOOST_PP_TUPLE_ELEM(2,0,BOOST_PP_ARRAY_ELEM(n,data))>,

/*
    ReturnType: Return type of the function
    DerivationsArray: Boost.Preprocessor array containing tuples in the form
            (TemplateArgument,DerivedClassType) (see
                    SONETTO_ENABLE_IF_DERIVED_EXPAND_CONDITION)

    Expands:
    typename boost::enable_if<
            boost::mpl::and_<
                    boost::is_base_and_derived<DerivedClassType,TemplateArgument>,
                    ...
                    boost::mpl::bool_<true> // Used to nullify trailing comma
            >, ReturnType>::type
*/
#define SONETTO_ENABLE_IF_DERIVED(ReturnType,DerivationsArray) \
        typename boost::enable_if< \
                boost::mpl::and_< \
                        BOOST_PP_REPEAT(BOOST_PP_ARRAY_SIZE(DerivationsArray), \
                            SONETTO_ENABLE_IF_DERIVED_EXPAND_CONDITION,DerivationsArray) \
                        boost::mpl::bool_<true> \
            >, ReturnType>::type

#endif

// main.cpp: Usage example
#include <iostream>
#include "SonettoEnableIfDerivedMacros.h"

class BehaviourA
{
public:
    void behaveLikeA() const { std::cout << "behaveLikeA()\n"; }
};

class BehaviourB
{
public:
    void behaveLikeB() const { std::cout << "behaveLikeB()\n"; }
};

class BehaviourC
{
public:
    void behaveLikeC() const { std::cout << "behaveLikeC()\n"; }
};

class CompoundBehaviourAB : public BehaviourA, public BehaviourB {};
class CompoundBehaviourAC : public BehaviourA, public BehaviourC {};
class SingleBehaviourA : public BehaviourA {};

template <class MustBeAB>
SONETTO_ENABLE_IF_DERIVED(void,(2,((MustBeAB,BehaviourA),(MustBeAB,BehaviourB))))
myFunction(MustBeAB &ab)
{
    ab.behaveLikeA();
    ab.behaveLikeB();
}

int main()
{
    CompoundBehaviourAB ab;
    CompoundBehaviourAC ac;
    SingleBehaviourA    a;

    myFunction(ab); // Ok, prints `behaveLikeA()' and `behaveLikeB()'
    myFunction(ac); // Fails with `error: no matching function for
                    // call to `myFunction(CompoundBehaviourAC&)''
    myFunction(a);  // Fails with `error: no matching function for
                    // call to `myFunction(SingleBehaviourA&)''
}

如您所见，错误消息异常干净（至少在 GCC 3.4 中） .5).但它们可能会产生误导。它不会通知您传递了错误的参数类型。它通知您该函数不存在（事实上，这不是由 SFINAE 造成的；但用户可能不太清楚）。尽管如此，我还是更喜欢那些干净的消息而不是那些 randomStuff ... ************** 垃圾 ************** < code>BOOST_MPL_ASSERT 产生。

如果您发现此代码中存在任何错误，请编辑并更正它们，或发表相关评论。我在这些宏中发现的一个主要问题是它们仅限于某些 Boost.Preprocessor 限制。例如，在这里，我只能将最多 4 个项目的 DerivationsArray 传递给 SONETTO_ENABLE_IF_DERIVED()。我认为这些限制是可配置的，也许它们甚至会在即将推出的 C++1x 标准中被取消，不是吗？如果我错了，请纠正我。我不记得他们是否建议对预处理器进行更改。

谢谢。

Answer 1

只是一些想法：

STL 在迭代器和函子方面也存在同样的问题。那里的解决方案基本上是从等式中一起删除类型，记录需求（作为“概念”），并使用相当于鸭子类型的东西。这非常适合编译时多态性的策略。

也许中间立场是创建一个模板函数，在实例化时静态检查其条件。这是一个草图（我不保证能编译）。

class shareable {...};
class seekable {...};

template <typename StreamType>
void needs_sharable_and_seekable(const StreamType& stream)
{
    BOOST_STATIC_ASSERT(boost::is_base_and_derived<shareable, StreamType>::value);
    BOOST_STATIC_ASSERT(boost::is_base_and_derived<seekable, StreamType>::value);
    ....
}

编辑：花了几分钟确保编译完毕，并“清理”错误消息：

#include <boost/type_traits/is_base_and_derived.hpp>
#include <boost/mpl/assert.hpp>

class shareable {};
class seekable {};

class both : public shareable, public seekable
{
};


template <typename StreamType>
void dosomething(const StreamType& dummy)
{
  BOOST_MPL_ASSERT_MSG((boost::is_base_and_derived<shareable, StreamType>::value),
                       dosomething_requires_shareable_stream, 
                       (StreamType));
  BOOST_MPL_ASSERT_MSG((boost::is_base_and_derived<seekable, StreamType>::value),
                       dosomething_requires_seekable_stream, 
                       (StreamType));
}

int main()
{
  both b;
  shareable s1;
  seekable s2;
  dosomething(b);
  dosomething(s1);
  dosomething(s2);
}

Answer 2

看看 boost::enable_if

// Before
template <class Stream>
some_type some_function(const Stream& c);

// After
template <class Stream>
boost::enable_if<
  boost::mpl::and_<
    boost::is_base_and_derived<Shareable,Stream>,
    boost::is_base_and_derived<Seekable,Stream>
  >,
  some_type
>
some_function(const Stream& c);

感谢SFINAE 仅当 Stream 满足要求时才会考虑此函数，即此处源自 Shareable 和可寻求。

Answer 3

使用模板方法怎么样？

template <typename STREAM>
void doSomething(STREAM &stream)
{
  stream.share();
  stream.seek(...);
}

Answer 4

您可能需要装饰器模式。

Answer 5

假设 Seekable 和 Shareable 都有共同的祖先，我能想到的一种方法是尝试向下转型（当然，将 assert 替换为您的错误-检查）：

void foo(Stream *s) {
    assert(s != NULL);
    assert(dynamic_cast<Seekable*>(s) != NULL);
    assert(dynamic_cast<Shareable*>(s) != NULL);
}

Answer 6

将“可共享”和“可查找”替换为“输入”和“输出”，然后找到您的“io”解决方案。在图书馆中，类似的问题应该有类似的解决方案。