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动态多态和静态多态

· 5 min read

动态多态​

动态多态的优点是可以实现多质变量的容器，然后遍历执行同名函数，产生不同效果。 缺点显然就是vptr的寻址开销

namespace VirtualFunction {
    struct IShape {
        virtual ~IShape() = default;

        virtual float Area() = 0;
    };

    struct Circle : public IShape {
        float r = 1;

        float Area() override {
            return 3.14f * r * r;
        }
    };

    struct Rect : public IShape {
        float a = 1, b = 1;

        float Area() override {
            return a * b;
        }
    };

    void f() {
        IShape *circle = new Circle();
        IShape *rect = new Rect();
        std::cout << circle->Area() << rect->Area();
        delete circle;
        delete rect;
    }
}

静态多态​

模版函数​

用模版函数，把抽象类作为模版参数传入，然后执行，虽然表达上能体现多态性， 但是单纯这样似乎没有存在的意义。毕竟在使用多态时，不会一个个手动的去创建对象执行函数。

因此优点是编译器多态，没有运行时额外开销；缺点是做不到“多质变量容器遍历”【除非通过variant，后文会讲】

namespace NormalTemplate {
    struct Circle {
        float r = 1;
        float Area() const { return 3.14f * r * r; }
    };

    struct Rect {
        float a = 1, b = 1;
        float Area() const { return a * b; }
    };

    template<typename Shape>
    float Area(const Shape &shape) {
        return shape.Area();
    }

    void f(){
        Circle circle;
        Rect rect;
        std::cout << Area(circle) << Area(rect);
    }
}

CRTP​

普通的模版函数的实现能表达多态语义，但是存在没有更多的合理性； 而CRTP除了能表达多态语义（is-a），在本质上它是一种has-ability的语义.

is-a就是熟知的继承关系，Circle继承自Shape，自然有Shape计算Area的功能； 而多个CRTP Derived类表达的是这些类都有一些共同的能力，这个能力不是从Base那边继承过来的（虽然好像听起来和多态语义也差不多）。

在应用中，CRTP存在的意义就是简化代码，而不是异质容器遍历。

比如我有很多卡牌，都希望它有复制自身属性的能力

struct Card{}
struct CardA : public Card{
    CardA Clone(){
        return CardA(*this);
    }
    int a;
}

struct CardB : public Card{
    CardB Clone(){
        return CardB(*this);
    }
    float b;
}

如果这样写，每多一个卡牌都要重新写一下Clone函数，此时就可以通过CRTP，表达卡牌拥有复制自身到能力，来实现多个类有相似函数的简化写法

template<typename Derived>
    struct Card {
        Derived Clone() {
            return Derived(*static_cast<Derived *>(this));
        };
    };

    struct CardA : public Card<CardA> {
        int a = 1;
    };

    struct CardB : public Card<CardA> {
        float b = 1;
    };
    
    void f(){
        CardA a;
        auto a1 = a.Clone();
    }

这种方式非常常见，各种开源项目中都有出现，比如UE的TCommands

再来一个体现CRTP多态语义的例子

namespace CRTP {
    template<typename Derived>
    struct IShape {
        float Area() {
            return dynamic_cast<Derived *>(this)->Area();
        }
    };

    struct Circle : public IShape<Circle> {
        float r = 1;

        float Area() {
            return 3.14f * r * r;
        }
    };

    struct Rect : public IShape<Rect> {
        float a = 1, b = 1;

        float Area() {
            return a * b;
        }
    };

    void f() {
        Circle circle;
        Rect rect;
        std::cout << circle.Area() << rect.Area();
    }
}

同样的，这样的多态也是提供不了异质容器遍历

用Variant改造静态多态​

通过Variant，就可以强行赋予两种静态多态异质容器遍历， 虽然好像没见哪个开源软件这样写过。

namespace NormalVariant {
    struct Circle {
        float r = 1;

        float Area() const {
            return 3.14f * r * r;
        }
    };

    struct Rect {
        float a = 1, b = 1;

        float Area() const {
            return a * b;
        }
    };

    template<typename Shape>
    float Area(const Shape &shape) {
        return shape.Area();
    }

    void f() {
        std::variant<Circle, Rect> shape;
        std::vector<std::variant<Circle, Rect>> ShapeList;
        for (const auto &item: ShapeList) {
            std::visit([](auto &&arg) {
                std::cout << Area(arg);
            }, item);
        }
    }
}

思考一下这有什么缺点导致没什么人用（猜测）

  1. variant保存data指针和额外的一个int Index指示当前存储的类型, 内存开销更大
  2. visit写法让人分解，仿函数也不便于debug