第五章，技术
25-将construct和non-member_functions虚化
“虚化” Construct
这里的虚化并不是说使用virtual修饰构造函数，而是更广义的虚化，意在实现多态构造。
class NLComponent {
public:
virtual NLComponent* clone() const = 0;
};
class TextBlock : public NLComponent {
public:
virtual TextBlock * clone() const
{
return new TextBlock(*this);
}
...
};
class Graphic : public NLComponent {
public:
virtual Graphic * clone() const
{
return new Graphic(*this);
}
...
};
class NewsLetter {
public:
NewsLetter(const NewsLetter& rhs)
{
for (auto it : rhs.components)
{
components.push_back(it->clone());
}
}
...
private:
list<NLComponent*> components;
};
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“虚化” Non-member functions
将Non-member functions的行为“虚化”，其行为视其参数的动态类型而不同。
要实现这种效果，主要通过写一个虚函数做实际工作，然后再写一个非虚函数来调用这个虚函数。
class NLComponent {
public:
virtual ostream& print(ostream& s) const = 0;
...
};
class TextBlock : public NLComponent {
public:
virtual ostream& print(ostream& s) const;
...
};
class Graphic : public NLComponent {
public:
virtual ostream& print(ostream& s) const;
...
};
inline ostream& operator<<(ostream& s, const NLComponent& c)
{
return c.print(s);
}
|
完整代码用例
class NLComponent {
public:
virtual NLComponent* clone() const = 0;
virtual ostream& print(ostream& s) const = 0;
};
class TextBlock : public NLComponent {
public:
TextBlock(string path) : textPath(path) {}
~TextBlock() {}
virtual TextBlock * clone() const
{
return new TextBlock(*this);
}
ostream& print(ostream& s) const
{
return s << "TextBlock:\n" << textPath << "\n";
};
private:
string textPath;
};
class Graphic : public NLComponent {
public:
Graphic(string path) : imgPath(path) {}
~Graphic() {};
virtual Graphic * clone() const
{
return new Graphic(*this);
}
ostream& print(ostream& s) const
{
return s << "Graphic:\n"<< imgPath << "\n";
};
private:
string imgPath;
};
class NewsLetter {
public:
NewsLetter() = default;
NewsLetter(const NewsLetter& rhs) {
for (const auto* comp : rhs.components) {
components.push_back(comp->clone());
}
}
~NewsLetter() {
for (auto* comp : components) {
delete comp;
}
}
void addComponent(NLComponent* comp) {
components.push_back(comp);
}
std::list<NLComponent*> getComponent()
{
return components;
}
private:
std::list<NLComponent*> components;
};
inline
ostream& operator<<(ostream& s, const NLComponent& c)
{
return c.print(s);
}
int main(int argc, char *argv[])
{
NewsLetter news;
news.addComponent(new TextBlock("../report_text.txt"));
news.addComponent(new Graphic("../event_image.png"));
NewsLetter report(news);
for (auto it : report.getComponent())
{
cout << *it;
}
}
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AI改进后的代码：
问题1：内存安全问题（最严重）
当前设计使用原始指针管理内存，容易导致内存泄漏。当addComponent传入new创建的对象时，所有权关系不明确，如果NewsLetter对象未被正确销毁或发生异常，会造成内存泄漏。
改进方案：使用智能指针管理生命周期
问题2：缺少虚析构函数
NLComponent基类声明了纯虚函数，但没有显式声明虚析构函数。当通过基类指针删除派生类对象时，会导致未定义行为，派生类的析构函数不会被调用。
改进方案：在基类中显式声明虚析构函数
问题3：拷贝构造函数和赋值操作符不完整
当前只实现了拷贝构造函数，但缺少拷贝赋值运算符、移动构造函数和移动赋值运算符。这会导致使用赋值操作时出现浅拷贝问题，也无法利用移动语义优化性能。
改进方案：遵循Rule of Five，完整实现或显式默认/删除所有特殊成员函数
问题5：资源管理接口不明确
addComponent接收原始指针参数，暗示转移所有权但不明确。调用者不清楚是否需要自己释放内存，容易造成重复释放或内存泄漏。
改进方案A：使用智能指针明确所有权；
改进方案B：提供工厂方法模板，避免手动new
问题6：getComponent接口设计问题
当前getComponent返回内部容器的拷贝，存在三个问题：暴露了list实现细节；返回原始指针破坏了封装；非const版本允许外部修改内部状态。
改进方案：提供const只读访问或迭代器接口
问题7：缺少const正确性
getComponent只有非const版本，无法通过const对象调用。同时返回非const指针允许调用者修改内部组件状态。
改进方案：提供const重载版本
问题8：print虚函数设计
当前print返回ostream引用，支持链式调用，但作为虚函数，签名固定后难以修改。如果未来需要支持不同输出目标（如文件、字符串），灵活性不足。
改进方案：考虑使用访问者模式或将序列化逻辑分离
或者保持现状，但确保派生类实现中始终返回传入的流引用。
#include <iostream>
#include <list>
#include <memory>
#include <string>
class NLComponent {
public:
virtual ~NLComponent() = default;
virtual std::unique_ptr<NLComponent> clone() const = 0;
virtual void print(std::ostream& s) const = 0;
};
class TextBlock : public NLComponent {
public:
explicit TextBlock(std::string path) : textPath(std::move(path)) {}
std::unique_ptr<NLComponent> clone() const override {
return std::make_unique<TextBlock>(*this);
}
void print(std::ostream& s) const override {
s << "TextBlock:\n" << textPath << "\n";
}
private:
std::string textPath;
};
class Graphic : public NLComponent {
public:
explicit Graphic(std::string path) : imgPath(std::move(path)) {}
std::unique_ptr<NLComponent> clone() const override {
return std::make_unique<Graphic>(*this);
}
void print(std::ostream& s) const override {
s << "Graphic:\n" << imgPath << "\n";
}
private:
std::string imgPath;
};
class NewsLetter {
public:
NewsLetter() = default;
NewsLetter(const NewsLetter& rhs) {
for (const auto& comp : rhs.components) {
components.push_back(comp->clone());
}
}
NewsLetter& operator=(const NewsLetter& rhs) {
if (this != &rhs) {
NewsLetter tmp(rhs);
swap(tmp);
}
return *this;
}
NewsLetter(NewsLetter&&) noexcept = default;
NewsLetter& operator=(NewsLetter&&) noexcept = default;
void swap(NewsLetter& rhs) noexcept {
components.swap(rhs.components);
}
void add(std::unique_ptr<NLComponent> comp) {
components.push_back(std::move(comp));
}
template<typename T, typename... Args>
void emplace(Args&&... args) {
components.push_back(std::make_unique<T>(std::forward<Args>(args)...));
}
const auto& components() const { return components; }
private:
std::list<std::unique_ptr<NLComponent>> components;
};
inline std::ostream& operator<<(std::ostream& s, const NLComponent& c) {
c.print(s);
return s;
}
int main() {
NewsLetter news;
news.emplace<TextBlock>("../report_text.txt");
news.emplace<Graphic>("../event_image.png");
NewsLetter report = news;
for (const auto& comp : report.components()) {
std::cout << *comp;
}
}
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