c++ - 绘图对象 - 更好的类设计？

Question

我在设计一个允许我绘制各种形状的对象的类时遇到问题。

形状是基类
三角形、正方形、矩形是类的派生Shape类
我有一个vector<Shape*> ShapeCollection存储派生对象，即Triangle,Square, Rectangle
一旦我从矢量中选择了一个对象，我需要将对象绘制到屏幕上。

在这一点上，我被困在一个类的设计应该是什么，因为单个“绘图”类将进行绘图，消耗一个“形状”类的对象。由于向量将包含同一基类的不同对象Shape。因为我有一个线程可以从向量中提取一个对象，一旦我有了一个对象，我必须能够正确地绘制它。

所以下面或多或少是我所说的

class Drawing
{
public:
   void Draw(Shape* shape, string objectName)
   {
       // Now draw the object.
       // But I need to know which Object I am drawing or use
       // switch statements to identify somehow which object I have
       // And then draw. I know this is very BAD!!!
       // e.g.
        switch(objectName)
        {
          case "rectangle":
                DrawRectangle((Rectangle*) shape)
          break;
          //Rest of cases follow
        }
   }
}

我将有一个 DrawSquare、DrawTriangle 函数来进行绘图。

这一定是已经解决的问题。必须有更好的方法来做到这一点，因为所有这些 switch 语句都必须以某种方式消失！

非常感谢任何指导。

谢谢

@Adrian 和@Jerry 建议使用虚函数，我想到了，但我需要让我的绘图远离基类Shape

score 2 · Accepted Answer

你会使用多态性。

在您的基类中创建一个纯虚函数（即在声明函数时将其分配给 0，void DrawShape() = 0;如
在派生类中声明并定义该函数。

这样你就可以调用DrawShape()这些对象中的每一个，即使它是作为 Shape 对象传递的。

替代方案（注意：代码尚未经过测试）：

函数指针，就像构建您自己的 vtable aka 委托一样。

struct square
{
    void (*draw)(square&);
};

void drawSquare(square& obj)
{
  // draw square code
  // there is no 'this'. must access members via `obj`.
}

square s;
s.draw = drawSquare;
s.draw(s);

Functor，它是一个覆盖 operator() 的类，也像一个委托

struct square
{
    // Note that std::function can hold a function pointer as well as a functor.
    function<void(square&)> draw;
};

struct drawSquare
{
    void oparator()(square& obj)
    {
        // draw square code
        // there is no 'this'. must access members via `obj`.
    }
};

square s;
square s.draw = drawSquare();
s.draw(s);

注意：1 和 2 也可以用 lambda 函数初始化：

square s;
s.draw = [](square& obj) {
  // draw square code
  // there is no 'this'. must access members via `obj`.
};
s.draw(s);

注意： 1 可以使用模板完成：

struct square;

template <void (*DRAW)(square&)>
struct square
{
    void draw()
    {
        DRAW(*this);
    }
};

void drawSquare(square& obj)
{
  // draw square code
  // there is no 'this'. must access members via `obj`.
}

square s<&drawSquare>;
s.draw();

注意：2也可以使用模板完成：

template <typename DRAW>
struct square
{
    void draw()
    {
        // First set of parentheses instantiate the DRAW object.
        // The second calls the functor.
        DRAW()(*this);
    }
};

struct drawSquare
{
    void oparator()(square& obj)
    {
        // draw square code
        // there is no 'this'. must access members via `obj`.
    }
};

square s<drawSquare>;
s.draw();

或者，这将允许传递有状态函子：

template <typename DRAW>
struct square
{
    DRAW draw;
};

struct drawSquare
{
    void operator()(square& obj)
    {
        // draw square code
        // there is no 'this'. must access members via `obj`.
    }
};

square s<drawSquare>;
s.draw = drawSquare();
s.draw(s);

从另一个使用模板基类（IIRC，这是在 ATL 中完成的）实现您想要的功能的类继承。这只是滚动您自己的硬编码 vtable，称为 Curiously Recurring Type Pattern (CRTP)。

template <class D>
struct shape
{
   inline void draw() { return static_cast<D&>(*this).draw(); }
};

void draw(square& obj)
{
    // draw square code
    // No 'this' available. must access shape members via `obj`.
}

struct square : public D<square>
{
      void draw()
      {
          drawSquare(*this);
      }
};

可以在此处和此处找到其他示例。

让您的draw类从继承自基类的type of shape类继承shape。

struct shape
{
     virtual void draw() = 0;
};

struct square : public shape
{
};

struct drawSquare : public square
{
     virtual void draw()
     {
         // draw square code
         // you access the square's public or protected members from here
     }
};

用一个std::unordered_map

#include <unordered_map>
#include <typeinfo>
#include <functional>

struct shape { };

struct square : public shape { };

void drawSquare(shape& o)
{
     // this will throw an exception if dynamic cast fails, but should
     // never fail if called from function void draw(shape& obj).
     square& obj = dynamic_cast<square&>(o);

     // draw square code
     // must access shape members via `obj`.
}

std::unordered_map<size_t, std::function<void(shape&)>> draw_map
{
    { type_id(square).hash(), drawSquare }
};

void draw(shape& obj)
{
     // This requires the RTTI (Run-time type information) to be available.
     auto it = draw_map.find(type_id(obj).hash());

     if (it == draw_map.end())
         throw std::exception(); // throw some exception
     (*it)(obj);
}

注意：如果您使用的是 g++ 4.7，请注意 unordered_map已显示存在性能问题。

score 1 · Accepted Answer

这几乎是您何时需要虚拟功能的经典演示。在基类中定义 a draw，然后在每个派生类中覆盖它。然后要绘制所有对象，您可以单步执行集合并draw()为每个对象调用成员。

class shape { 
// ...
    virtual void draw(canvas &c) = 0;
};

class square : public shape {
    int x, y, size;
// ...
    virtual void draw(canvas &c) { 
         c.move_to(x, y);
         c.draw_to(x+size, y);
         c.draw_to(x+size, y+size);
         c.draw_to(x, y+size);
         c.draw_to(x, y);
    }
};

...等等您关心的每种形状。

编辑：使用策略类，你最终会模糊地沿着这条线得到代码：

template <class draw>
class shape {
// ...
    virtual void draw(canvas &c) = 0;
};

template <class d>
class square : public shape<d> { 
    // ...
    virtual void draw(canvas &c) { 
        d.square(x, y, size, c);
    }
};

另一种可能性是使用访客模式。这通常在您需要/想要遍历更复杂的结构而不是简单的线性序列时使用，但也可以在这里使用。这已经足够复杂了，在这里可能有点多，但是如果您搜索“访客模式”，您应该会找到相当数量的材料。

c++ - 绘图对象 - 更好的类设计？

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