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c++ - 如何创建共享概念的对象向量？

问题描述

我想创建一个包含不同类型但都共享相同概念的对象的向量（或数组）。
类似于Vec<Box<dyn trait>>Rust。

struct Dog {
    void talk() {
        std::cout << "guau guau" << std::endl;
    }
};

struct Cat {
    void talk() {
        std::cout << "miau miau" << std::endl;
    }
};

template <typename T>
concept Talk = requires(T a) {
    { a.talk() } -> std::convertible_to<void>;
};

int main() {
    auto x = Dog{};
    auto y = Cat{};

    ??? pets = {x, y};

    for(auto& pet: pets) {
        pet.talk();
    }

    return 0;
}

标签： c++c++20c++-concepts

解决方案

您要查找的内容通常称为“类型擦除”。C++20concept的语言特性不（也不能）支持类型擦除——该特性完全限于约束模板（类模板、函数模板、类模板的成员函数等），不能真正用于任何其他语境。

您必须改为Talk手动编写可擦除的类型，或者求助于使用可用的类型擦除库之一。

例如，使用dyno（Louis Dionne 在CppCon 2017和CppNow 2018上进行了几次演讲），看起来如下。你会注意到我使用这个概念的唯一地方Talk是约束默认的概念图：

#include <dyno.hpp>
#include <vector>
#include <iostream>
using namespace dyno::literals;

// this is the "concept" we're going to type erase
struct PolyTalkable : decltype(dyno::requires_(
    dyno::CopyConstructible{},
    dyno::Destructible{},
    "talk"_s = dyno::method<void()>
)) { };

template <typename T>
concept Talk = requires (T a) { a.talk(); };

// this how we implement our "concept"
template <Talk T>
auto const dyno::default_concept_map<PolyTalkable, T> = dyno::make_concept_map(
    "talk"_s = [](T& self) { self.talk(); }
);

// this is our hand-written "dyn PolyTalkable"
class DynTalkable {
    dyno::poly<PolyTalkable> impl_;
public:
    template <typename T>
        requires (!std::same_as<T, DynTalkable>
               && dyno::models<PolyTalkable, T>())
    DynTalkable(T t) : impl_(t) { }

    void talk() {
        impl_.virtual_("talk"_s)();
    }
};

struct Dog {
    void talk() {
        std::cout << "guau guau" << std::endl;
    }
};

struct Cat {
    void talk() {
        std::cout << "miau miau" << std::endl;
    }
};

int main() {
    std::vector<DynTalkable> pets;
    pets.push_back(Dog{});
    pets.push_back(Cat{});
    for (auto& pet : pets) {
        pet.talk();
    }
}

有关 C++ 类型擦除的其他资源，另请参阅：

  • Sean Parent 的Inheritance 是 Base Class of Evil和C++ Seasoning的演讲，无论如何每个人都应该看到。这演示了一种执行运行时多态性的机制。
  • Sy Brand 的带有元类的动态多态性（他们在多个会议上发表了这个演讲，最近一次是ACCU 2021）。这演示了如何使用反射工具编写类型擦除库，从而使整体代码比我上面展示的要少得多。

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