一个拥有很多成员的班级的最佳实践

Question

关于在C++中组织类成员的最佳方法（尤其是在成员很多时），有什么意见吗？特别是，一个类有很多用户参数，例如优化某些函数的类，具有诸如迭代次数、优化步骤大小、使用的特定方法、优化函数权重等参数。我尝试过几种常用方法，似乎总能发现一些非理想的东西。只是好奇其他人的经验。

具体来说，我正在处理图像序列中对象的跟踪，因此需要在帧之间保持状态（这就是为什么我没有只编写一些函数）。重要的成员函数包括initTrack()、trackFromLastFrame()、isTrackValid()等。还有许多用户参数（例如每个跟踪对象跟踪多少个点、点在帧之间可以移动多少、使用的跟踪方法等等）。

1. 在类内部定义结构体
2. 在类外部定义结构体
3. 公共成员变量
4. 私有成员变量，并使用Set()和Get()函数

- Bryan

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类的参数是什么意思？成员？模板参数？还是其他什么？ - Steve Townsend

如果它有这么多成员，那么你的类做得太多了，需要重构你的代码。 - GManNickG

你谈论一个类，但你似乎在描述一个函数。 :-/ - Šimon Tóth

有趣的问题，但如果您提供更具体的示例可能会更有帮助。比如成员之间的关系。我可以看到将它们全部打包在一个结构体中，在构造期间简化参数传递可能会很有用。您能否发布一些代码呢？ - n1ckp

我有一个名为GraphicsVertex的类，其中有5个成员变量（指针）。当我的应用程序运行时，它会创建大约5000万个对象。现在对于每个对象，它将占用5个成员* 5000万内存。我该如何避免这种情况？ - DigviJay Patil

Answer 1

如果你的类很大，那么你的类就是糟糕的。 一个类应该遵守单一职责原则，即：一个类只应该做一件事情，但应该做到做好。 （“只有一个”是极端的，但它应该只有一个角色，并且必须清晰地实现）。

然后，您可以创建使用这些单一角色小类进行组合丰富的类，每个小类都具有明确简单的角色。 大函数和大类会引发错误，造成误解和意外的副作用（特别是在维护期间），因为没有人可以在几分钟内学习700行代码。

因此，大类的策略是：重构，使用只针对其所需的内容进行小型类的组合。

- Stephane Rolland

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参数的数量多并不意味着类很大。这个类可能只做一件事，但需要很多参数。 - Adrian McCarthy

@Adrian McCarthy，我只能引用一句话来回答你：“如果你的函数需要10个参数，那么你很可能忘记了其中一个”。 - Stephane Rolland

但我同意你的观点，只要它能够完成一个精确的任务。 - Stephane Rolland

Answer 2

首先，我会将成员分为两组：(1) 仅限内部使用的成员，(2) 用户将调整以控制类行为的成员。第一组应该只是私有成员变量。

如果第二组很大（或者因为您仍在进行活动开发而在增长和更改），那么您可能会将它们放入一个自己的类或结构中。您的主要类将具有两种方法，即GetTrackingParameters和SetTrackingParameters。构造函数将建立默认值。然后用户可以调用GetTrackingParameters，进行更改，然后调用SetTrackingParameters。现在，当您添加或删除参数时，您的接口保持不变。

如果参数简单且正交，则可以将它们包装在具有良好命名的公共成员的结构中。如果必须强制执行约束，特别是组合，则会为每个参数实现getter和setter的类来实现参数。

ObjectTracker tracker;  // invokes constructor which gets default params
TrackerParams params = tracker.GetTrackingParameters();
params.number_of_objects_to_track = 3;
params.other_tracking_option = kHighestPrecision;
tracker.SetTrackingParameters(params);
// Now start tracking.

如果您后来发明了一个新的参数，您只需要在TrackerParams中声明一个新成员，并在ObjectTracker的构造函数中初始化它。

- Adrian McCarthy

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如果我可以进行一些死灵术：您在这种情况下所说的“正交”是指一个参数不会影响任何其他参数吗？而在“简单和正交”参数的情况下，“包装在结构体中”--> 这个结构体仍然可以通过Get/SetParams函数访问，还是这个结构体将成为ObjectTracker类的公共成员？ - LCsa

@LCsa：是的，“正交”可能不是最好的词；“独立”可能更好。如果您可以将任何参数更改为任何值而无需调整任何其他参数，则没有必要使用getter和setter，因为没有约束或不变量需要强制执行。通过“包装在结构体中”，我指的是一个简单的C风格结构体，只有数据成员，除了默认构造函数之外没有其他方法。 - Adrian McCarthy

谢谢！我找到了这个线程，非常有用，但是我仍在思考如何设计类而无需使用无数的getter和setter... - LCsa

Answer 3

如果我必须从你列出的四个解决方案中选择一个，那么我会选择：在类内部创建私有类。

实际上，你可能有一些重复的代码需要被重用，你应该将你的类重新组织成更小、更合乎逻辑和可重用的部分。正如GMan所说：重构你的代码。

- justin

Answer 4

一切都取决于:

1. 如果您需要组织非常多的项目，则内部结构只有在这种情况下才有用。如果是这种情况，您应该重新考虑设计。
2. 如果将与同一或不同类的其他实例共享，则外部结构将很有用。 （模型或数据对象类/结构可能是一个很好的例子）
3. 仅适用于琐碎的、一次性的代码。
4. 这是标准的做法，但一切都取决于您将如何使用类。

- Paul Sasik

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我理解得对吗，(2) 实际上是 Adrian McCarthy 回答中的 TrackerParams 类，但是定义在 ObjectTracker 之外？ - LCsa

Answer 5

听起来这可能需要使用模板，就像你描述的那样。

template class FunctionOptimizer <typename FUNCTION, typename METHOD, 
    typename PARAMS>

例如，其中PARAMS封装了简单的优化运行参数（迭代次数等），而METHOD包含实际的优化代码。FUNCTION描述了您要针对优化的基本函数。

关键不在于这是“最佳”方法，而是如果您的类非常大，则其中很可能存在较小的抽象，自然地适合重构为不那么庞大的结构。

无论您如何处理，都不必一次性进行重构-从小处开始逐步进行，并确保代码在每个步骤中都能正常工作。您会惊讶地发现，您对代码的感觉会更好得多。

- Steve Townsend

Answer 6

我认为单独创建一个结构体来保存参数没有任何好处。类已经是一个结构体了 - 如果通过结构体传递参数是合适的，那么将类成员公开也是合适的。

公共成员和Set/Get函数之间存在权衡。公共成员要少得多，但它们会暴露类的内部工作原理。如果这将从您无法重构类的代码中调用，则几乎肯定需要使用Get和Set。

- Mark Ransom

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我有一个名为GraphicsVertex的类，其中有5个成员变量（指针）。当我的应用程序运行时，它会创建大约5000万个对象。现在对于每个对象，它将占用5个成员* 5000万内存。我该如何避免这种情况？ - DigviJay Patil

@DigviJayPatil 我不知道是否有任何避免它的方法。而且这完全是错误的提问方式。 - Mark Ransom

我应该提出问题还是在评论中问？ - DigviJay Patil

@DigviJayPatil 如果你有问题，应该直接提问，并提供更多细节。你也应该删除你在这里的评论。 - Mark Ransom

Answer 7

假设配置选项仅适用于此类，请使用由具有有意义的函数名称的公共函数操作的私有变量。 SetMaxInteriorAngle()比SetMIA()或SetParameter6()好得多。拥有getter和setter可以让您强制执行配置的一致性规则，并可用于补偿配置接口中某些数量的更改。

如果这些是通用设置，被多个类使用，则最好使用外部类，具有私有成员和适当的函数。

公共数据成员通常不是一个好主意，因为它们暴露了类的实现，并使其不可能有任何保证的关系。将它们隔离在单独的内部结构中似乎没有用处，尽管我会将它们分组在数据成员列表中，并用注释标出。

- David Thornley