c++ 使用`dynamic_cast`来推断在基类上定义并在派生类上实现的成员函数的参数类型是否正确?

czfnxgou  于 2023-05-24  发布在  其他
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我刚开始学习C++。我试图为向量操作的子集设计一个类(接口)。此抽象基类定义为:

// File: vect.hh
#ifndef _vect_hh
#define _vect_hh

class vect
{
    public:
        virtual double norm() const = 0;
        virtual void   add(const double scaleThis, const double scaleOther,
                           const vect& other) = 0;
        virtual double dot(const vect& other) const = 0;
        virtual vect* clone() const = 0;
        virtual vect* copy(const vect& other) const = 0;
        virtual ~vect() = default;
};
#endif

问题出现在具有参数const vect& other的函数中。因为在派生类中,我真正想要的是像const vectDerived& other这样的参数。为了举例说明这个问题,我使用原始指针对前面的类做了一个简单的实现。因为我有一些其他的问题,我会在这个问题的最后评论,我已经插入了类的完整定义。但请记住,最重要的函数是dotadd

// File: vectDouble.hh
#ifndef _vectDouble_hh
#define _vectDouble_hh

#include <cmath>
#include <cstring>

#include "vect.hh"

class vectDouble: public vect
{
public:
    explicit vectDouble(const int n): n{n}, elem{new double[n]}
    {
        std::memset(elem, '\0', sizeof(double)*n);
    }

    ~vectDouble() override {delete[] elem;}

    vectDouble(const vectDouble& other): n{other.n}, elem{new double[n]}
    {
        std::memcpy(elem, other.elem, n*sizeof(double));
    }

    vectDouble& operator = (const vectDouble& other)
    {
        if(&other != this)
        {
            delete[] elem; n = other.n;
            elem = new double[n];
            std::memcpy(elem, other.elem, sizeof(double)*n);
        }
        return *this;
    }

    vectDouble(vectDouble&& other): n{0}, elem{nullptr}
    {
        fillClass(other, *this);
    }

    vectDouble &operator = (vectDouble&& other)
    {
        if(&other != this)
        {
            delete[] elem;
            fillClass(other, *this);
            other.elem = nullptr; other.n = 0;
        }
        return *this;
    }

    double norm() const override
    {
        double norm = 0.0;
        for(int i=0; i<n; i++)
        {
            norm += elem[i]*elem[i];
        }
        return std::sqrt(norm);
    }

    double dot(const vect& other) const override
    {
        const vectDouble &v = dynamic_cast<const vectDouble&>(other);
        double dot = 0.0;
        for(int i=0; i<n; i++)
        {
            dot += elem[i]*v.elem[i];
        }
        return dot;
    }

    void add (const double scaleThis, const double scaleOther,
          const vect& other) override
    {
        const vectDouble &v = dynamic_cast<const vectDouble&>(other);
        for(int i=0;i<n;i++)
        {
            elem[i] = scaleThis*elem[i] + scaleOther*v.elem[i];
        }
    }

    double& operator[](const int i){return elem[i];}

    const double& operator[](const int i) const {return elem[i];}

    int size() const{return n;}

    vectDouble* clone() const override
    {
        return new vectDouble(*this);
    }

    vectDouble* copy(const vect& other) const override
    {
        const vectDouble &v = dynamic_cast<const vectDouble&>(other);
        auto *t = new vectDouble(*this);
        t->n = v.n;
        std::memcpy(t->elem, v.elem, t->n*sizeof(double));
        return t;
    }

private:
    void fillClass(const vectDouble& in, vectDouble& out)
    {
        out.n = in.n; out.elem = in.elem;
    }

    int n;
    double *elem;
};
#endif

在这两个函数中,我使用const vectDouble &v = dynamic_cast<const vectDouble&>(other);将基类引用转换为具有派生类类型的引用。这是dynamic_cast的有效用例。如果不是,那么实现这一结果的正确方法是什么?
我已经说过我遇到了其他问题(很抱歉偏离了主要问题)。作为使用抽象类和前面的实现的例子,我做了这个简单而有点做作的主程序:

// File main.cc
#include <iostream>
#include <memory>
#include "vectDouble.hh"

double lsfit(const vect& dobs, const vect& dcalc)
{
    std::unique_ptr<vect> tmp(dcalc.copy(dcalc));

    return (dobs.dot(dcalc))/(dcalc.dot(*tmp));
}

void testFit()
{
    vectDouble d{10};
    vectDouble x{10};

    for(int i=0; i<x.size(); i++)
    {
        d[i] = static_cast<double>(3*i);
        x[i] = static_cast<double>(i);
    }
    std::cout << "alpha=" << lsfit(d, x) << std::endl;
}

int main()
{
    testFit();
    return 0;
}

该程序说明了所描述的界面的一个设想用例。但是,如果不使用std::unique_ptr,就会出现内存泄漏(使用g++编译器中的-fsanitize=leak选项识别)。如果,* 而不是 * 使用 unique_ptr,我想手动管理内存(作为好奇心),什么是正确的方法来清理这个结果?是否可以直接从copy函数返回std::unique_ptr?当我尝试这样做时,我收到了与错误的协变返回类型相关的错误消息。
备注:
1.该接口的目的是抽象用于表示数组的存储方案,例如文件而不是内存中的表示。
1.我知道所呈现的复制函数更类似于创建/克隆加上一个复制函数。
1.如果将来我想在基类和派生类中使用模板,那么所呈现的结构是否足够?例如,template<float> class vect{...}template <float> class vectDerived{...}
根据hayt的建议,我修改了vect.hhvectDouble.hh的定义,使用了上面描述的CRTP pattern。在这些修改之后,我还将函数 lsftit 的定义修改为:

template <class Derived> double lsfit2(const Derived& dobs, const Derived& dcalc)
{
    std::unique_ptr<Derived> tmp = dcalc.clone();
    Derived *t = tmp.get();
    t->copy(dcalc);
    return (dobs.dot(dcalc))/(dcalc.dot(*t));
}

在使用此模式时,这是定义此函数的正确方法吗?

yzuktlbb

yzuktlbb1#

你应该检查一下是否真的需要继承,也许可以切换到一个带有模板参数的通用vector类(因为你只有“double”作为特定的参数)
另一种方法是将CRTP与声明接口结合使用。(我还在本章中添加了unique_ptr)

template <class Derived>
class vect
{
  public:
      virtual double norm() const = 0;
      virtual void   add(const double scaleThis, const double scaleOther,
                         const Derived& other)  = 0;
      virtual double dot(const Derived& other) const = 0;
      virtual std::unique_ptr<Derived> clone() const = 0;
      virtual std::unique_ptr<Derived> copy(const vect& other) const = 0;
      virtual ~vect()=default;
};

这样你就有了相同的“接口”,但有了不同的“基类”,而且你在这里的函数中也有了派生类。因此,您不必担心通过接口将“不兼容”的向量分配给彼此(请参见dynamic_cast)。
此外,您可以稍后派生该类以进行进一步的规范。
下面是使用这种方法的类的样子:

class vectDouble: public vect<vectDouble>
{
public:
    //...
    //NOTE: here vecDouble is a parameter. no need for dynamic casts
    double dot(const vectDouble& other) const override
    {        
        double dot = 0.0;
        for(int i=0;i<n;i++){dot += elem[i]*other.elem[i];}
        return dot;
    }
    void add (const double scaleThis, const double scaleOther,
          const vectDouble& other) override
    {

        for(int i=0;i<n;i++){
                elem[i] = scaleThis*elem[i] + scaleOther*other.elem[i];
        }
    }
    //also directly a unique pointer
    std::unique_ptr<vectDouble> clone() const override
    {
        return std::make_unique<vectDouble>(*this);
    }
    //...
};

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