为什么std::sub_match<T>公开继承自std::pair<T, T>？

Question

我正在阅读 std::sub_match<BidirectionalIterator> 的文档，发现它公开继承自 std::pair<BidirectionalIterator, BidirectionalIterator>。由于 sub_match 只是一对字符序列中的迭代器，并带有一些附加功能，我可以理解为什么要用 pair 实现它，但为什么要使用公共继承呢？

从 std::pair<T,U> 公共继承会出现与从大多数其他标准类公共继承相同的问题：它们不应该被多态地操作（尤其是它们没有定义虚析构函数）。其他成员也将无法正常工作，特别是赋值运算符和交换成员函数（它们不会复制 sub_match 的 matched 成员）。

为什么 Boost 开发人员以及委员会决定通过公共继承来实现 sub_match，而不是使用组合（或私有继承和使用声明，如果他们想保留通过 first 和 second 进行成员访问）？

- Luc Touraille

Answer 1

这是一个有趣的问题。可能是因为没有人会动态分配sub_match对象，所以他们认为它是安全的。你唯一能获得sub_match对象的方式是作为basic_regex的某些函数的返回值，或者是其他sub_match的拷贝，并且所有这些对象都将是临时对象或局部变量。

请注意，即使是保留sub_match对象也不安全，因为它们包含了迭代器，但标准中并没有指定它们的生命周期...直到match_results对象被重复使用？直到用于填充match_results对象的string操作数被销毁？还是其他情况？

我仍然会避免公共继承。但在这种情况下，它并不像看起来那么危险，因为你实际上没有理由动态分配sub_match。

- James Kanze

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我同意动态分配应该尽可能避免。然而，=和swap仍可能出现问题。例如，我考虑过使用Boost.Range，但它不要求范围可分配或可交换。值得注意的是，Boost.Range算法不接受sub_match作为参数，但如果通过对pair的引用进行操作，则可以这样做（特性类问题）。 - Luc Touraille

Answer 2

因为C++没有不使用公共继承来继承接口的方法。您可以使用私有继承继承实现，但然后所有内容都是私有的。如果您想要与std::pair相同的接口，则必须成为std::pair。

另外，请考虑这一点。这显然是未定义的行为:

std::sub_match<BidirectionalIterator> theMatch = ...;
std::pair<BidirectionalIterator> *pMatch = &theMatch;
delete pMatch;

但这样做也可以：

std::sub_match<BidirectionalIterator> theMatch = ...;
std::pair<BidirectionalIterator> *pMatch = &theMatch.pair;
delete pMatch;

为什么第一个比第二个更值得关注？

sub_match和pair都是轻量级对象（当然要取决于它们的内容）。它们旨在被复制或按引用传递，所有这些都是百分之百安全的。几乎没有理由将它们分配到堆上并通过指针使用。因此，虽然我理解你的担忧，但我认为在任何实际代码中都不太可能发生。

- Nicol Bolas

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实际上，你的第二个例子和第一个例子一样有缺陷，但这是因为你认为pair成员将是公共的：为什么要假设会使用这样糟糕的封装呢？虽然我同意删除可能永远不会成为问题，但我不同意通过引用传递是100％安全的，因为还有其他非虚拟成员函数。 - Luc Touraille

你可以使用私有继承来继承（部分）公共接口：class sub_match : pair { using pair.first; using pair.second; bool matched; } - JohannesD

如果你想要与std::pair相同的接口，但不想成为一个std::pair，那么你可以使用私有继承以及使用声明和/或委托。当然，这对于子类的开发者来说需要更多的工作量。 - Luc Touraille

Answer 3

这是 regex 作者对此的看法：http://www.open-std.org/jtc1/sc22/wg21/docs/papers/2003/n1429.htm#matches_discussion。很抱歉没有太具体回答你的问题。我猜这个决定是在重新发明轮子和引入一点误用风险之间做出的权衡。请注意，通常不需要构造一个 sub_match，它们会从 regex 函数返回。此外，迭代器对是实现范围的非常实用的方法。

- Nicola Musatti

Answer 4

因为他们不需要虚析构函数？;-)

- Michael Krelin - hacker

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析构函数不是唯一可能无法正常工作的成员：赋值运算符和交换函数都只会复制 pair 成员，而不会复制 sub_match 中包含的成员（特别是 matched 布尔值）。 - Luc Touraille

@LucTouraille 很好的观点。很明显，'sub_match'并不是一个'pair'。 - James Kanze

@JamesKanze：你说得对，“is-a”关系不适用于这两个类，里氏替换原则没有被遵守。 - Luc Touraille

@MichaelKrelin-hacker：这就是重点：它不仅仅是一对。它显然有一个matched布尔成员。而且它并不适用于所有接受pair的地方（参见Boost.Range）。 - Luc Touraille

是的，你说得对，这不止是一对。不确定为什么“pair”在被接受的地方无法起作用，但没关系。 - Michael Krelin - hacker

Answer 5

如果std::sub_match<BidirectionalIterator>没有自己的状态，那么它从std::pair继承就可以了。但是不要在家里这样做。

- Alexandre C.

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状态与此无关。如果您通过pair<>指针删除sub_match对象，则行为未定义。 - James Kanze

此外，它确实有自己的状态（一个布尔值，指示匹配是否成功）。 - Luc Touraille