Регистрация

[C++] Обобщаем паттерн посетитель (С++)

Ответить на тему
Автор Сообщение
news_bot ®

Стаж: 6 лет 7 месяцев
Сообщений: 27286

Создавать темы news_bot ® написал(а)
10-Дек-2020 23:31
Цитировать

Недостатки типичной реализацииВ статье намеренно не приведен пример типичной реализации паттерна посетителя в C++.Если вы не знакомы с этим шаблоном, то вот тутможно с ним ознакомиться. А если в двух словах, то этот шаблон очень полезен если вам нужно обойти коллекцию из указателей на абстрактный базовый класс, применив к ним какую то операцию в зависимости от типа, который скрывается за абстракцией. Поэтому перейдем сразу к недостаткам, которые хотели бы устранить.
  • При добавлении класса в иерархию (или удалении), приходится изменить много мест в коде. (Каждый раз лезть и добавлять чисто виртуальную функцию-член в абстрактный класс, и почти во все реализации.)
  • При добавлении нового посетителя, приходится наследоваться от абстрактного класса, даже если мы всего то хотим вызвать просто шаблон функции. При этом мы не можем сделать шаблон виртуальной функции-члена visit у посетителя (причина этого проста, шаблонов виртуальных функций-членов просто нет). Каждую реализацию функции-члена visit приходится делать отдельно.
  • Класс посетителя привязан к предметной области.
Что хотим получить?
  • Имея на руках указатель на абстрактный базовый класс, хотим сразу получать реальный тип объекта и отправлять его самого или его тип в какой-нибудь шаблон функции, не используя при этом никаких конструкций из dynamic_cast или static_cast и не создавая множество одинаковых переопределений виртуальных функций.
  • Простым способом добавлять или удалять классы, которые посетитель может обойти.
  • Не привязанный к предметной области посетитель.
РеализацияНачинаем с создания абстрактного посетителя.Source:
template< class T >
struct AbstractVisitor
{
    virtual ~AbstractVisitor() = default;
    virtual void visit( T& ) = 0;
};
(Пояснение: здесь виртуальная функция-член visit не является шаблоном, количество виртуальных функций при инстанцировании класса AbstractVisitor точно известно т.к. T является параметром шаблона класса, а не функции )Инстанс конкретного посетителя сможет обойти только один тип объекта. Нам же необходимо чтобы посетитель мог обходить несколько различных типов объектов.Для этого создадим простой список типов TypeList и класс агрегатор AbstractVisitors. Список у AbstractVisitors будет содержать все типы объектов, которые посетитель может обойти.Source:
template< class ... T >
struct TypeList
{
};
template< class T >
struct AbstractVisitor
{
    virtual ~AbstractVisitor() = default;
    virtual void visit( T& ) = 0;
};
template< class ...T >
struct AbstractVisitors;
template< class ... T >
struct AbstractVisitors< TypeList< T... > > : AbstractVisitor< T >...
{
};
Т.к. мы не хотим каждый раз наследоваться от абстрактного посетителя, наследуемся от него один раз и будем принимать функтор (если быть точным, то принимать будем обобщённую лямбду). Для этого создадим класс Dispatcher.Source:
template< class Functor, class ... T >
struct Dispatcher;
template< class Functor, class ... T >
struct Dispatcher< Functor, TypeList< T... > > : AbstractVisitors< TypeList< T... > >
{
    Dispatcher( Functor functor ) : functor( functor ) {}
    Functor functor;
};
Теперь необходимо для всех типов из листа переопределить виртуальную функцию-член visit.Для этого создадим класс Resolver, который этим и будет заниматься. А сам класс Dispatcher унаследуем от всех возможных типов Resolver-ов. Дополнительно необходимо вызывать функтор в переопределенной функции, воспользуемся (CRTP) и передадим тип Dispatcher как аргумент шаблона во все Resolver.(Подробнее о том что такое CRTP можно почитать тут).Source:
template< class Dispatcher, class T >
struct Resolver : AbstractVisitor< T >
{
    void visit( T& obj ) override
    {
        static_cast< Dispatcher* >( this )->functor( obj );
    };
};
template< class Functor, class ... T >
struct Dispatcher< Functor, TypeList< T... > > : AbstractVisitors< TypeList< T... > >, Resolver< Dispatcher< Functor, TypeList< T... > >, T >...
{
    Dispatcher( Functor functor ) : functor( functor ) {}
    Functor functor;
};
Вроде все в порядке. Попробуем создать объект класс Dispatcher. Компилятор начинает ругаться на то, что объект класса Dispatcher абстрактный, как же так? Причина этого в том, что мы переопределили виртуальные функции для Resolver, но для Dispatcher мы ведь ничего не переопределяли. Чтобы этого избежать, необходимо сделать наследование от AbstractVisitor< T >виртуальным.(Подробнее о размещении объектов в памяти и виртуальном наследовании можно почитать тут.)Source:
template< class ... T >
struct AbstractVisitors< TypeList< T... > > : virtual AbstractVisitor< T >...
{
};
template< class Dispatcher, class T >
struct Resolver : virtual AbstractVisitor< T >
{
    void visit( T& obj ) override
    {
        static_cast< Dispatcher* >( this )->functor( obj );
    };
};
Создадим абстрактный базовый класс (AbstractObject) и какие-нибудь классы (Object1, Object2), которые хотели обойти. Так же создадим функцию test и шаблон функции test, которые будут получать непосредственно ссылку на объект определенного типа. Пример использования:Source:
struct Object1;
struct Object2;
using ObjectList = TypeList< Object1, Object2 >;
struct AbstractObject
{
    virtual void accept( AbstractVisitors< ObjectList >& visitor ) = 0;
};
struct Object1 : AbstractObject
{
    void accept( AbstractVisitors< ObjectList >& visitor ) override
    {
        static_cast< AbstractVisitor< Object1 >& >( visitor ).visit( *this );
    };
};
struct Object2 : AbstractObject
{
    void accept( AbstractVisitors< ObjectList >& visitor ) override
    {
        static_cast< AbstractVisitor< Object2 >& >( visitor ).visit( *this );
    };
};
void test( Object1& obj )
{
    std::cout << "1" << std::endl;
}
template< class T >
void test( T& obj )
{
    std::cout << "2" << std::endl;
}
int main()
{
    Object1 t1,t2,t3,t4;
    Object2 e1,e2,e3;
    std::vector< AbstractObject* > vector = { &t1, &e1, &t2, &t3, &e2, &e3, &t4 };
    auto l = []( auto& obj ){ test(obj); };
    Dispatcher<decltype(l), ObjectList> dispatcher;
    for( auto* obj : vector )
    {
        obj->accept( dispatcher );
    }
}
(Пояснение: мы не можем просто написать visitor.visit( *this ), это приведет к неоднозначности, если классов в иерархии будет больше двух.)Строчки на которых создается обобщенная лямбда и объект класса Dispatchable какие-то то страшные и не удобные, спрятать бы все это от глаз.Так же, хотелось бы спрятать функцию-член accept у AbstractObject, Object1 и Object2, т.к. тело функции для всех типов объектов будет одинаковое, различаться будет только тип объекта.Для этого создадим абстрактный класс Dispatchable. Cделаем у него чисто виртуальную функцию-член accept и шаблон функции-члена который будет принимать функтор. В нем собственно и будем создавать наш Dispatcher.Помимо этого создадим макрос DISPATCHED, он понадобится чтобы спрятать переопределение функции-члена accept у Object1 и Object2.Source:
template< class TypeList >
struct Dispatchable
{
    virtual ~Dispatchable() = default;
    virtual void accept( AbstractVisitors< TypeList >& ) = 0;
    template< class Functor >
    void dispatch( Functor functor )
    {
        static Dispatcher< decltype(functor), TypeList > dispatcher( functor );
        accept( dispatcher );
    };
};
#define DISPATCHED( TYPE, TYPE_LIST ) \
    void accept( AbstractVisitors< TYPE_LIST >& visitor ) override \
    { \
        static_cast< AbstractVisitor< TYPE >& >( visitor ).visit( *this );  \
    }
Затем наследуем AbstractObject от класса Dispatchable. А в классы Object1 и Object2 добавляем макрос DISPATCHED.Source:
struct Object1;
struct Object2;
using ObjectList = TypeList< Object1, Object2 >;
struct AbstractObject : Dispatchable< ObjectList >
{
};
struct Object1 : AbstractObject
{
    DISPATCHED( Object1, ObjectList )
};
struct Object2 : AbstractObject
{
    DISPATCHED( Object2, ObjectList )
};
Отлично, мы спрятали все функции-члены accept и вынесли общий код. Вот теперь все готово. Пример использования:Source:
void test( Object1& obj )
{
    std::cout << "1" << std::endl;
}
template< class T >
void test( T& obj )
{
    std::cout << "2" << std::endl;
}
int main()
{
    Object1 t1,t2,t3,t4;
    Object2 e1,e2,e3;
    std::vector< AbstractObject* > vector = { &t1, &e1, &t2, &t3, &e2, &e3, &t4 };
    for( auto* obj : vector )
    {
        obj->dispatch( []( auto& obj ) { test(obj); } );
    }
}
Output:1211221Заключение
  • Чтобы добавить или удалить класс, который будет обрабатываться посетителем, достаточно просто изменить список типов.
  • Посетитель не привязан к предметной области, т.к. является шаблоном класса.
  • Можем в полной мере пользоваться шаблонами функций.
Какие недостатки?
  • Дополнительная косвенность, т.к. Dispatcher содержит функтор.
Ссылкана код в compiler explorer.Full source:
#include <type_traits>
#include <iostream>
#include <vector>
template< class ... T >
struct TypeList
{
};
template< class T >
struct AbstractVisitor
{
    virtual ~AbstractVisitor() = default;
    virtual void visit( T& ) = 0;
};
template< class ...T >
struct AbstractVisitors;
template< class ... T >
struct AbstractVisitors< TypeList< T... > > : virtual AbstractVisitor< T >...
{
};
template< class Dispatcher, class T >
struct Resolver : virtual AbstractVisitor< T >
{
    void visit( T& obj ) override
    {
        static_cast< Dispatcher* >( this )->functor( obj );
    };
};
template< class Functor, class ... T >
struct Dispatcher;
template< class Functor, class ... T >
struct Dispatcher< Functor, TypeList< T... > > : AbstractVisitors< TypeList< T... > >, Resolver< Dispatcher< Functor, TypeList< T... > >, T >...
{
    Dispatcher( Functor functor ) : functor( functor ) {}
    Functor functor;
};
template< class TypeList >
struct Dispatchable
{
    virtual ~Dispatchable() = default;
    virtual void accept( AbstractVisitors< TypeList >& ) = 0;
    template< class Functor >
    void dispatch( Functor functor )
    {
        static Dispatcher< decltype(functor), TypeList > dispatcher( functor );
        accept( dispatcher );
    };
};
#define DISPATCHED( TYPE, TYPE_LIST ) \
    void accept( AbstractVisitors< TYPE_LIST >& visitor ) override \
    { \
        static_cast< AbstractVisitor< TYPE >& >( visitor ).visit( *this );  \
    }
struct Object1;
struct Object2;
using ObjectList = TypeList< Object1, Object2 >;
struct AbstractObject : Dispatchable< ObjectList >
{
};
struct Object1 : AbstractObject
{
    DISPATCHED( Object1, ObjectList )
};
struct Object2 : AbstractObject
{
    DISPATCHED( Object2, ObjectList )
};
void test( Object1& obj )
{
    std::cout << "1" << std::endl;
}
template< class T >
void test( T& obj )
{
    std::cout << "2" << std::endl;
}
int main()
{
    Object1 t1,t2,t3,t4;
    Object2 e1,e2,e3;
    std::vector< AbstractObject* > vector = { &t1, &e1, &t2, &t3, &e2, &e3, &t4 };
    for( auto* obj : vector )
    {
        obj->dispatch( []( auto& obj ) { test(obj); } );
    }
}

 ===========
 Источник:
habr.com
===========
Похожие новости: Теги для поиска: #_c++, #_c++, #_pattern, #_visitor, #_crtp, #_templates, #_generics, #_lambda_functions, #_c++
Профиль  ЛС 
Показать сообщения:     
Ответить на тему

Вы не можете начинать темы
Вы не можете отвечать на сообщения
Вы не можете редактировать свои сообщения
Вы не можете удалять свои сообщения
Вы не можете голосовать в опросах
Вы не можете прикреплять файлы к сообщениям
Вы не можете скачивать файлы

Текущее время: 05-Окт 21:29
Часовой пояс: UTC + 5