C++模板设计问题

Question

我有一个用 C++ 编写的模型，它基于运行时多态性和虚函数。该模型按原样工作完全正常。我想研究将其转换为模板和编译时多态性。原因是：

1. 模型中只有一个类在运行时真正是动态的，其余的都是编译时决定。多态纯粹是为了让模型的改变更容易、更灵活。
2. 我想在模型中内联几个小函数，这对于虚拟函数来说是不可能的。

这是我的模型现在的一个简化的假设示例：

class Particle
{
public:
  // ...
  virtual void move();
};

class Electron : public Particle  { /*...*/ };


// Physics Models /////////////////////////////////

class PhysicsModel
{
public:
  // ...
  virtual void doStuffWithParticles();
private:
  Particle* theParticle;
};

class NewtonPhysics : public PhysicsModel  { /*...*/ };
class QuantumPhysics : public PhysicsModel  { /*...*/ };


// SimulationModels ////////////////////////////

class SimulationModel
{
public:
  virtual void runSimulation();
  // ...
private:
  PhysicsModel* thePhysics;
  Particle* theParticle;
};

class HadronCollider : SimulationModel { /*...*/ };

但是假设我想内联粒子函数，例如 move()，因为它是一系列 for 循环的内部循环，并且可以大大受益于速度加成。在编译时，我知道我正在运行什么物理模型和模拟模型，但粒子是运行时决定的。

那么，怎么样：

template <typename TParticleType>
class PhysicsModel
{
  // ...
  TParticleType theParticle;
};

template <typename TParticleType,
          typename TPhysicsModelType>
class SimulationModel
{
  TParticleType theParticle;
  TPhysicsModelType theModel;
};

好的，到目前为止一切顺利。但现在假设在编译时我决定使用运行强子模拟和量子物理模型，并且我们正在读取粒子的输入文件。我想避免这种风格的东西：

int main()
{ 
  // ...
  switch( getUserInput()->currentParticleType )
  {
     case ELECTRON:  HadronSimulation<Electron, QuantumPhysics>.run();
     case PROTON:    HadronSimulation<Proton, QuantumPhysics>.run();
     // ...
  }
}

......并且宁愿将“QuantumPhysics”类型放在其他地方，这样它就在同一个地方。这是一个过于简单化的示例，实际上我有大约 4-5 个参数，它们是编译时决策。

基本上，我正在寻找一种设计，使我能够将运行时参数放入此类模板框架中。有没有好的方法可以做到这一点？如果这看起来像一个愚蠢的问题，请道歉，但我对 C++ 中的模板完全陌生。提前致谢。

Answer 1

静态和动态多态性不能很好地混合，并且在它们相互作用的情况下，需要某种形式的分支来将运行时信息转变为静态配置变体中的选择。您可以使用简单的类型生成器来至少减少物理模型的重复:

template< class Particle >
class HadronSimulationGenerator {
public:
   typedef HadronSimulation< Particle, QuantumPhysics > type;
};

int main()
{ 
  // ...
  switch( getUserInput()->currentParticleType )
  {
     case ELECTRON:  HadronSimulationGenerator<Electron>::type.run();
     case PROTON:    HadronSimulationGenerator<Proton>::type.run();
     // ...
  }
}

没那么漂亮。

Answer 2

您如何修复第一个示例中的 PhysicsModel 和 ParticleType（没有模板）？构造函数负责实例化两者吗？如果是，那么您可以使用类似的技术通过在 SimulationModel 的构造函数中执行 switch 来向用户隐藏这一点。

class SimulationModel {
    void run() {
        switch(currentPhysicsMode) {
        case QUANTUM:
            switch(currentParticleType) {
                case ELECTRON:
                    SimulationModelImpl<Electron, QuantumPhysics>::run();
                    break;
                case PROTON:
                    SimulationModelImpl<Proton, QuantumPhysics>::run();
                    break;
                ...
            }
        }
    }
};

template <typename TParticleType,
      typename TPhysicsModelType>
class SimulationModelImpl {
    TParticleType theParticle;
    TPhysicsModelType theModel;
    ...
};