[C++]协变返回类型

Question

[C++]协变返回类型

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我有一个 VectorN 类和一个从 VectorN 继承的 Vector3 类（例如可以处理叉积）。我在确定不同运算符的返回类型时遇到了困难。例如：

class VectorN
{
public:
   VectorN(){};
   virtual VectorN operator*(const double& d) {.....};
   std::vector<double> coords;
};

class Vector3 : public VectorN
{
public:
  Vector3(){};
  virtual Vector3 operator*(const double& d) {....};
};

这个例子会产生C2555错误：

'Vector3::operator *'：覆盖虚函数的返回类型与 'VectorN::operator *' 不同且不是协变的，参见 'VectorN::operator *' 的声明。

问题在于我没有返回对 Vector3 的引用，而且在声明 operator* 时 Vector3 类还没有完全定义。但是，我希望我的 operator* 是虚的，并且在将一个 Vector3 乘以一个常数时返回一个 Vector3 （否则，如果我执行 （Vector3* double）.crossProduct(Vector3)，将会出现错误）。

我该怎么办？

谢谢！

- nbonneel

替换对象为指针的方法是使用auto_ptr/unique_ptr，但这些指针不能协变！X-P。 - Potatoswatter

顺便说一下，不要通过const&传递原始类型，应该通过值传递。（不要通过const&或任何大小小于sizeof(void*)的东西传递任何原始类型。） - GManNickG

既然我已经回答了这个问题……为什么你不使用现成的数值库呢？这个功能甚至在标准库中都有valarray。 - Potatoswatter

因为这个类的目标不仅仅是进行叉积和乘法运算。在Vector3类中，还有颜色转换函数或随机采样具有不同概率密度函数的向量等等。这不是一种通用的使用方式。 - nbonneel

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@user：那些东西应该是自由函数。始终优先选择自由函数。 - GManNickG

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这样的功能是建立在像valarray（或数十个免费替代品之一）这样的库之上。重新实现向量和点积会让你走上错误的道路，很难回头。而生成随机向量或转换颜色空间应该是自由函数（在类外部），而不是方法。一个类不是一个库。 - Potatoswatter

2个回答

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我能想到的最好方法是用智能指针替换返回类型，放弃协变性而选择多态性：

virtual auto_ptr< VectorN > operator*(const double& d);

我建议这样做的原因是你正在使用虚函数，因此不需要知道对象的确切类型。

根本问题在于调用者需要为按值返回的对象分配存储空间。该存储空间无法动态变化，因此你不可避免地要在堆上分配对象。

- Potatoswatter

我不熟悉auto_ptr，但我会去看一下...谢谢！ :) - nbonneel

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可以查看英文原文，
原文链接

- GManNickG · Accepted Answer

您需要重新设计。首先，优先使用自由函数而不是成员函数。您应该只有需要访问私有成员的成员函数。

从以下组合开始：

class VectorN
{
public:
   virtual VectorN& operator*=(double d)
    {
        /* ... */

        return *this;
    };
};


class Vector3 : public VectorN
{
public:
    virtual Vector3& operator*=(double d)
    {
        return static_cast<Vector3&>(VectorN::operator*=(d));
    };
};

在这里，协方差因为类型是引用或指针而正常工作，您可以重复使用代码。（由于您了解派生类型，因此static_cast是免费且安全的。）

然后您可以实现自己的自由函数：

// optimization: if you're going to make a copy, do it in the parameter list;
// compilers can elide a copy when working with temporaries
VectorN operator*(VectorN v, double d)
{
    // reuse code
    return v *= d;
}

VectorN operator*(double d, VectorN v)
{
    // reuse code
    return v *= d;
}

使用相同的方法处理Vector3。

这样做的好处是你可以轻松编写这些运算符，因为你可以使用运算符的核心部分，并且由于协变性，返回类型匹配。

但是请注意警告，你可能不需要其中的任何内容。如果你想要扩展，可以通过操作vector或valarray的自由函数来实现。