在运行时将一个 ID 解析为其派生类型

Question

假设我有100个从基类派生的类。每个派生类在编译时都有一个介于[0,100)之间的唯一标识符。

我有一个函数，它需要接受一个ID并返回具有该ID的新分配实例化的派生类。

Base* CreateDerived(uint32_t id) {
    return new Derived...();
}

显然，为每个ID设置一个巨大的switch case并不是一个好的解决方案。我能想到的最佳解决方案示例如下，但我感觉有一种方法可以避免vtable引入的开销。

struct RegisteredClass {
    static RegisteredClass* ClassTable[MAX_DERIVED_CLASSES];
    static Base* CreateDerived(int ID) { return ClassTable[ID]->Create(); }

    RegisteredClass(int ID) { ClassTable[ID] = this; }
    virtual Base* Create() = 0;
};

template<typename T, int ID>
struct Register : RegisteredClass {
    Register() : RegisteredClass(ID) { }
    virtual Base* Create() { return new T; }
};

class Derived34 : Base {
    static Register<Derived34, 34> _register;
};

我在想，是否有其他方法可以不需要占用这么多空间？关于此问题，您认为我是在胡闹吗？

- Collin Dauphinee

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我认为这是一个可接受的解决方案，除了硬编码边界/ID和访问类表时缺乏范围检查。 - Alex P.

是的，出于演示的目的，我省略了更细节的部分。我认为这种方法是可行的，但我想知道是否存在另一种解决方案（可能使用MPL）。 - Collin Dauphinee

你可以使用boost::uuid来派生出每个类的唯一标识符，而不是使用硬编码的ID，并使用std::map或类似的东西代替数组。但请注意，这将对性能产生影响。 - Alex P.

你确定虚函数表的空间开销是一个大问题吗？假设使用32位操作系统（64位则翻倍），每个虚函数表占用4个字节，ClassTable为每个RegisteredClass添加4个字节，如果您创建了RegisteredClass的池，则每个池最多只需要8或16个字节（取决于对齐方式）。这使得每种类型的最大值为24个字节（数据段和堆），这意味着不到2.5 KB。对于64位操作系统，它可能会增加到5KB。即使在我所知道的大多数嵌入式系统上，这也是相当合理的。 - Asaf

没问题。我确实有内存限制，但并不严重。我主要是对其他方法感到好奇。 - Collin Dauphinee

@AlexP。谢谢。我通过使用指向模板函数的指针成功摆脱了vtable，因此唯一剩下的开销是ID和在运行时填充数组。我想知道constexpr是否有帮助，尽管我的编译器不支持它。 - Collin Dauphinee

Answer 1

“为每个ID设置一个巨大的switch case显然不是一个好的解决方案。”

“这实际上就是抽象工厂模式，正如你所描述的那样广泛使用。我建议坚持使用它，因为大多数程序员都熟悉它。”

“你的变体似乎过于复杂和难以维护。”

- Luchian Grigore

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除非可以完全通过模板生成，否则这个开关将难以维护，我甚至都不会考虑它。我所做的最正确的解决方案是使用脚本系统而不是硬编码对象，但目前还不可能。 - Collin Dauphinee

@dauphic 为什么 switch 很难维护？ - Luchian Grigore

所有的100种类型都必须手动添加到其中。如果我要添加更多的派生类型，我必须记得将它们添加到开关中。 - Collin Dauphinee

它可能被广泛使用，但如果我有像dauphic这样的100个不同情况，我就不会使用它。 - Alex P.

Answer 2

这里有一个情况，旧的陈腐宏功能可以简化任务并消除一些错误。

#define CASE(n) case n: return new Derived##n

Base* CreateDerived(uint32_t id)
{
    switch(id)
    {
        CASE(1);
        CASE(2);
        CASE(3);
        // ...
        default:
            throw std::logic_error("Unhandled Derived## case");
    }
}

#undef CASE

- Mark Ransom