使用智能指针附加的继承对象的深层复制

deep copy with smart pointer-attached inherited objects

本文关键字：继承 对象 复制 智能 指针      更新时间：2023-10-16

我不确定使用包含继承对象的智能指针制作对象的深层副本的最佳/最干净的解决方案是什么。归结起来，给定以下代码

class A {};
class D1 : public A{
public:
int x1 = 0;
};
class D2 : public A {
public:
int x2 = 2;
};

class V {
public:
V(A* a) : ptr(a) {}
std::unique_ptr<A> ptr;
};    
void run() {
std::vector<V> v;
v.push_back(V(new D1));
v.push_back(V(new D2));
/// I want to make a deep copy of v here
}

其中向量v同时包含D1和D2类型的对象，制作v的深层副本的最短/最优雅的方法是什么？我可以想到两种方法，都有一些缺点：

  1. 在基类中创建虚拟A* clone()方法，并在每个继承的类中重载该方法(如此处所述(。缺点：克隆方法需要在每个继承的类中实例化，并且可能有多个。
  2. 为V创建复制构造函数/赋值运算符。使用dynamic_cast<D1/D2>，检查附加了哪种继承对象，并为该特定类型创建副本。缺点：需要在V的复制构造函数中遍历所有继承的类。

选项 1 不需要每次将类添加到A下的层次结构时修改V。此外，如果添加的类没有实现clone则会收到一个漂亮的编译器错误，而不是像选项 2 中那样在运行时构建和失败的所有内容。

所以选项 1 更好。但你是对的，这有点重复。您必须为许多不同的类型编写类似的代码。幸运的是，C++有一个机制来处理这个问题：模板。

使用 CRTP 类，我们可以自动实现clone函数。D1和D2需要做的就是从中间人那里继承，而不是直接从A继承：

class A {
public:
virtual A* clone() const = 0;
virtual ~A() = default;
};
template<class C>
struct AClone : A {
A* clone() const override {
return new C(*static_cast<C const*>(this));
}
};
class D1 : public AClone<D1> {
public:
int x1 = 0;
};
class D2 : public AClone<D2> {
public:
int x2 = 2;
};

上面使用的是原始指针，可能会通过返回unique_ptr来改进，但为了简洁起见，这是归结为这个想法。

还可以在此clone函数中添加一些防御性编程。

static_assert(std::is_convertible<C*, A*>::value,"");
static_assert(std::is_convertible<C*, AClone*>::value,"");
// These two check `C` is derived unambiguasly from `A` via this specialization
assert(typeid(C) == typeid(*this));
// Check the most derived type is as expected, suggested by Deduplicator

你可以在这里看到它。

好吧，让我们看看它：

  1. A没有虚拟的 dtor，所以当成员unique_ptr试图多态地破坏 ist pointee 时，V的 dtor 会调用 UB。

  2. dynamic_cast只能用于检查最派生的类型，如果它被有效地final，并且源类型具有虚拟方法和/或基。虽然你似乎不是从D1和/或D2中衍生出来的，但没有什么能阻止其他人这样做。而且你没有任何虚拟的基础或方法。 至少改用typeid并添加一个虚拟 dtor。

  3. 使用虚拟.clone()可以省略所有繁琐且容易出错的类型检查，并在扩展到新类时包含任何必要的更改。另一种方法是将其注册到映射中，在旁边存储指向克隆方法的指针，或者将其全部写为代码。

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