在基类中返回抽象类型

Question

在一个类层次结构的设计中，我使用了一个声明了各种派生类将要实现方法的抽象基类。从某种意义上说，这个基类在C++中就像是接口。但是，有一个具体的问题。考虑下面声明我们接口类的代码：

class Interface {
public:
    virtual Interface method() = 0;
};

class Implementation : public Interface {
public:
    virtual Implementation method() { /* ... */ }
};

当然，这段代码无法编译，因为在C++中你不能返回一个抽象类。为了解决这个问题，我使用了以下解决方案：

template <class T>
class Interface {
public:
    virtual T method() = 0;
};

class Implementation : public Interface<Implementation> {
public:
    virtual Implementation method() { /* ... */ }
};

这个解决方案可行且完美，但在我看来，它并不是很优雅，因为接口的参数存在多余的文本。如果你们能指出这个设计中的其他技术问题，我会很高兴，但这是我目前唯一关心的问题。

有没有办法消除这个多余的模板参数？可能使用宏？

注意：涉及的方法必须返回一个实例。我知道如果 method() 返回指针或引用就不会有问题。

- Zeenobit

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你正在使用的习语被称为奇异递归模板模式。我猜你可以用宏来替换类声明，比如#define DERIVE_TEMPLATE_BASE(Derived, Base) class Derived : public Base<Derived>，但这看起来非常丑陋，可能会让你的编辑器混淆。底线是 - 是的，存在冗余，但这是一个被广泛接受和可识别的惯用语。 - gwiazdorrr

@gwiazdorrr：这似乎并不那么糟糕。如果这是一个公认的习语，那么我可以假设它对“接口”用户来说不会太陌生，对吗？ - Zeenobit

还要注意的是，在这个例子中，没有必要将调用函数声明为虚函数，因为CRTP需要知道最终派生类型才能使用基类类型。 - Mooing Duck

@MooingDuck：这是一个有趣的效果。析构函数呢？ - Zeenobit

只要您不调用 Interface<Implementation> 的析构函数，那么就没有关系。而且您也不会这样做，因为使用 std::vector<Implementation> 而不是 std::vector<Interface<Implementation>> 没有任何理由。 - Mooing Duck

Answer 1

Interface::method() 不能返回一个没有使用指针或引用的 Interface 实例。返回非指针、非引用的 Interface 实例需要实例化 Interface 本身，这是不合法的，因为 Interface 是抽象的。如果你想让基类返回一个对象实例，你必须使用以下其中之一：

一个指针：

class Interface
{
public:
  virtual Interface* method() = 0;
};

class Implementation : public Interface
{
public:
  virtual Interface* method() { /* ... */ }
};

一个参考：

class Interface
{
public:
  virtual Interface& method() = 0;
};

class Implementation : public Interface
{
public:
  virtual Interface& method() { /* ... */ }
};

模板参数：

template<type T>
class Interface
{
public:
  virtual T method() = 0;
};

class Implementation : public Interface<Implementation>
{
public:
  virtual Implementation method() { /* ... */ }
};

- Remy Lebeau

Answer 2

虽然由于明显的原因你不能通过值来返回，但是完全可以返回指针或引用 -- 这被称为“协变返回类型”，它是一种有效的虚函数重载形式:

struct Base { virtual Base * foo(); }
struct Derived : Base { virtual Derived * foo(); }

重点在于 Derived::foo() 是真正的 覆盖，而不是基类隐藏的重载，因为 Derived* 是指向 Base 的派生类的指针。对于引用也是同样的道理。

换句话说，如果有一个 Base * p，并且您调用 p->foo()，则您始终可以将结果视为指向 Base 的指针（但如果您有其他信息，例如您的类实际上是 Derived，那么您可以使用该信息）。 _{与之相反的组合顺序，即“逆变参数类型”，不作为 C++ 的一部分允许。}

- Kerrek SB