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在实现 MessageFactory 类来实例化 Message 对象时,我使用了类似的东西:

class MessageFactory 
{
  public:
    static Message *create(int type)
    {
       switch(type) {
         case PING_MSG:
            return new PingMessage();
         case PONG_MSG:
            return new PongMessage();
         ....
    }
}

这工作正常,但每次我添加新消息时,我都必须添加一个新的 XXX_MSG 并修改 switch 语句。

经过一番研究,我找到了一种在编译时动态更新 MessageFactory 的方法,这样我就可以添加任意数量的消息,而无需修改 MessageFactory 本身。这允许更清洁和更容易维护代码,因为我不需要修改三个不同的位置来添加/删除消息类:

#include <stdio.h>                                                                                                                                                                           
#include <stdlib.h>                                                                                                                                                                          
#include <string.h>                                                                                                                                                                          
#include <inttypes.h>                                                                                                                                                                        

class Message                                                                                                                                                                                
{                                                                                                                                                                                            
   protected:                                                                                                                                                                                
      inline Message() {};                                                                                                                                                                   

   public:                                                                                                                                                                                   
      inline virtual ~Message() { }                                                                                                                                                          
      inline int getMessageType() const { return m_type; }                                                                                                                                   
      virtual void say() = 0;                                                                                                                                                                

   protected:                                                                                                                                                                                
      uint16_t m_type;                                                                                                                                                                       
};                                                                                                                                                                                           

template<int TYPE, typename IMPL>                                                                                                                                                            
class MessageTmpl: public Message                                                                                                                                                            
{                                                                                                                                                                                            
   enum { _MESSAGE_ID = TYPE };                                                                                                                                                              
   public:                                                                                                                                                                                   
      static Message* Create() { return new IMPL(); }                                                                                                                                        
      static const uint16_t MESSAGE_ID; // for registration                                                                                                                                  

   protected:                                                                                                                                                                                
      MessageTmpl() { m_type = MESSAGE_ID; } //use parameter to instanciate template                                                                                                         
};                                                                                                                                                                                           

typedef Message* (*t_pfFactory)();                                                                                                                                                           
class MessageFactory⋅                                                                                                                                                                        
{                                                                                                                                                                                            
   public:                                                                                                                                                                                   
     static uint16_t Register(uint16_t msgid, t_pfFactory factoryMethod)                                                                                                                     
     {                                                                                                                                                                                       
       printf("Registering constructor for msg id %d\n", msgid);                                                                                                                             
       m_List[msgid] = factoryMethod;                                                                                                                                                        
       return msgid;                                                                                                                                                                         
     }                                                                                                                                                                                       

     static Message *Create(uint16_t msgid)                                                                                                                                                  
     {                                                                                                                                                                                       
       return m_List[msgid]();                                                                                                                                                               
     }                                                                                                                                                                                       
     static t_pfFactory m_List[65536];                                                                                                                                                       
};  

template <int TYPE, typename IMPL>                                                                                                                                                           
const uint16_t MessageTmpl<TYPE, IMPL >::MESSAGE_ID = MessageFactory::Register(                                                                                                              
     MessageTmpl<TYPE, IMPL >::_MESSAGE_ID, &MessageTmpl<TYPE, IMPL >::Create);                                                                                                              

class PingMessage: public MessageTmpl < 10, PingMessage >                                                                                                                                    
{⋅                                                                                                                                                                                           
  public:                                                                                                                                                                                    
  PingMessage() {}                                                                                                                                                                           
  virtual void say() { printf("Ping\n"); }                                                                                                                                                   
};                                                                                                                                                                                           

class PongMessage: public MessageTmpl < 11, PongMessage >                                                                                                                                    
{⋅                                                                                                                                                                                           
  public:                                                                                                                                                                                    
  PongMessage() {}                                                                                                                                                                           
  virtual void say() { printf("Pong\n"); }                                                                                                                                                   
};                                                                                                                                                                                           

t_pfFactory MessageFactory::m_List[65536];                                                                                                                                                   

int main(int argc, char **argv)                                                                                                                                                              
{                                                                                                                                                                                            
  Message *msg1;                                                                                                                                                                             
  Message *msg2;                                                                                                                                                                             

  msg1 = MessageFactory::Create(10);                                                                                                                                                         
  msg1->say();                                                                                                                                                                               

  msg2 = MessageFactory::Create(11);                                                                                                                                                         
  msg2->say();                                                                                                                                                                               

  delete msg1;                                                                                                                                                                               
  delete msg2;                                                                                                                                                                               

  return 0;                                                                                                                                                                                  
} 

这里的模板通过将所有新的 Message 类(例如 PingMessage 和 PongMessage)注册到 MessageFactory 类来实现魔术,这些类都是 MessageTmpl 的子类。

这很好用并且简化了代码维护,但我仍然对这种技术有一些疑问:

  1. 这是一种已知的技术/模式吗?是什么名字?我想搜索更多关于它的信息。

  2. 我想将用于存储新构造函数的数组MessageFactory::m_List[65536] 设为 std::map,但这样做会导致程序在到达 main() 之前出现段错误。创建一个包含 65536 个元素的数组太过分了,但我还没有找到一种方法来使它成为一个动态容器。

  3. 对于作为 MessageTmpl 子类的所有消息类,我必须实现构造函数。如果不是,它将不会在 MessageFactory 中注册。

    例如注释 PongMessage 的构造函数:

     class PongMessage: public MessageTmpl < 11, PongMessage >       
     {                                                                                                                                                                                           
       public:                                                                                                                                                                                    
        //PongMessage() {} /* HERE */                                                                                                                                                                          
        virtual void say() { printf("Pong\n"); }                   
     };
    

    将导致 MessageFactory 未注册 PongMessage 类,并且程序将在MessageFactory::Create(11)行中出现段错误。问题是
    为什么课程不会注册?必须添加我需要的 100 多条消息的空实现感觉低效且不必要。

4

7 回答 7

9

答案一

派生这样一个类的一般技术是奇怪的重复模板模式(CRTP)

class PingMessage: public MessageTmpl < 10, PingMessage > 

您使用模板类的静态成员初始化来注册该类的子类的特定技术(IMO)简直太棒了,我以前从未见过。UnitTest++Google Test等单元测试框架使用的一种更常见的方法是提供宏来声明类和初始化该类的单独静态变量。

答案二

静态变量按列出的顺序初始化。如果您在 MessageFactory::Register 调用之前移动 m_List 声明,您应该是安全的。另请记住,如果您开始在多个文件中声明 Message 子类,则必须将 m_List 包装为单例,并在每次使用前检查它是否已初始化,因为C++ 静态初始化顺序失败

答案三

C++ 编译器只会实例化实际使用的模板成员。模板类的静态成员不是我经常使用的 C++ 领域,所以我在这里可能是错的,但看起来提供构造函数足以让编译器认为使用了 MESSAGE_ID(从而确保 MessageFactory::寄存器被调用)。

这对我来说似乎很不直观,所以它可能是一个编译器错误。(我在 g++ 4.3.2 中对此进行了测试;例如,我很想知道 Comeau C++ 是如何处理它的。)

显式实例化 MESSAGE_ID 也足够了,至少在 g++ 4.3.2 中:

template const uint16_t PingMessage::MESSAGE_ID;

但这比提供一个空的默认构造函数更不必要。

使用您当前的方法,我想不出一个好的解决方案;我个人很想改用一种较少依赖高级 C++ 的技术(例如宏或使用脚本来生成部分源文件)。(脚本将具有简化 MESSAGE_ID 维护的额外优势。)

回应您的评论:

通常要避免使用单例,因为它们经常被过度用作伪装不佳的全局变量。但是,有时您确实需要一个全局变量,可用 Message 子类的全局注册表就是其中之一。

是的,您提供的代码正在初始化 MESSAGE_ID,但我说的是显式实例化每个子类的 MESSAGE_ID 实例。显式实例化是指指示编译器实例化模板,即使它认为该模板实例不会被使用。

我怀疑带有 volatile 赋值的静态函数会欺骗或强制编译器生成 MESSAGE_ID 赋值(以解决 dash-tom-bang 和我指出的编译器或链接器丢弃或不实例化赋值的问题)。

于 2010-05-17T16:29:24.140 回答
6

这是使用 MessageFactory 单例和 std::map 来存储构造函数的修改版本。到目前为止效果很好,但欢迎发表评论。

我仍在尝试找到一种方法来避免为每个消息类创建构造函数。我知道这是可能的,因为原始库可以做到。不幸的是,我只有头文件,所以不知道实现细节。

#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <string.h>
#include <inttypes.h>
#include <map>

class Message
{
   protected:
      Message() {};

   public:
      virtual ~Message() { }
      int getMessageType() const { return m_type; }
      virtual void say() = 0;

   protected:
      uint16_t m_type;
};

template<int TYPE, typename IMPL>
class MessageTmpl: public Message
{
   enum { _MESSAGE_ID = TYPE };
   public:
     static Message* Create() { return new IMPL(); }
     static const uint16_t MESSAGE_ID; // for registration
     static void Enable() { volatile uint16_t x = MESSAGE_ID; }
   protected:
      MessageTmpl() { m_type = MESSAGE_ID; } //use parameter to instanciate template
};

class MessageFactory 
{
   public:
     typedef Message* (*t_pfFactory)();

     static MessageFactory *getInstance()
     {
       static MessageFactory fact;
       return &fact;
     }

     uint16_t Register(uint16_t msgid, t_pfFactory factoryMethod)
     {
       printf("Registering constructor for msg id %d\n", msgid);
       m_List[msgid] = factoryMethod;
       return msgid;
     }

     Message *Create(uint16_t msgid)
     {
       return m_List[msgid]();
     }

     std::map<uint16_t, t_pfFactory> m_List;

  private:
     MessageFactory() {};
     MessageFactory(MessageFactory const&) {};
     MessageFactory& operator=(MessageFactory const&);
     ~MessageFactory() {};
};

//std::map<uint16_t, t_pfFactory> MessageFactory::m_List;

template <int TYPE, typename IMPL>
const uint16_t MessageTmpl<TYPE, IMPL>::MESSAGE_ID = MessageFactory::getInstance()->Register(
     MessageTmpl<TYPE, IMPL >::_MESSAGE_ID, &MessageTmpl<TYPE, IMPL >::Create);


class PingMessage: public MessageTmpl < 10, PingMessage >
{ 
  public:
  PingMessage() {}
  virtual void say() { printf("Ping\n"); }
};

class PongMessage: public MessageTmpl < 11, PongMessage >
{ 
  public:
  PongMessage() {}
  virtual void say() { printf("Pong\n"); }
};

int main(int argc, char **argv)
{
  Message *msg1;
  Message *msg2;

  msg1 = MessageFactory::getInstance()->Create(10);
  msg1->say();

  msg2 = MessageFactory::getInstance()->Create(11);
  msg2->say();

  delete msg1;
  delete msg2;

  return 0;
}
于 2010-05-18T06:38:53.437 回答
2

我认为您遇到了未指定的行为,因为您的注册可能发生在您想要将它们粘贴到的对象之前。你可能会得到好的结果,因为数组的空间是内置在程序的主堆栈中的。谁知道...

我使用的解决方法是使注册函数成为外部函数或成员函数,而不是静态的。然后使用 Meyers 单例:


MessageFactory * MessageFactory::instance()
{
  static MessageFactory fact;
  return &fact;
}

这样,您的消息工厂将在其他任何访问时创建,并且在您尝试使用它时保证可用(因为第一次尝试使用它会创建它)。

于 2010-05-17T16:37:47.923 回答
1

我能够在不使用派生类中的构造函数的情况下使 Horacio 代码工作。我在派生类的 say 函数中调用了 enable 函数。

class PingMessage: public MessageTmpl < 10, PingMessage >
{ 
  public:
  //PingMessage () {}
  virtual void say ()
  {
    enable ();  // virtual (not static) function of the template class
    printf ("Ping\n");
  }
};
于 2011-10-23T23:25:06.433 回答
0

2: you could use a dynamic container, but then you'd also had to change how the registration etc. For example, you could use a map with an int as key and a function pointer as element:

typedef Message* ( *NewMessageFun )();

template< class tMessage >
Message* NewMessage()
{
  return new tMessage();
};

class PingMessage : public MessageImpl
{
public:
  enum{ _MESSAGE_ID = 10 };
};

class PongMessage
{
public:
  enum{ _MESSAGE_ID = 11 };
}

//factory
std::map< int, NewMessageFun > mymap;
bool Register( const int type, NewMessageFun fun )
{
  if( mymap.contains( type ) )
    return false; //already registered!
  mymap[ type ] = fun;
  return true;
}

template< class tMessage >
bool RegisterAny() //shortcut
{
  return Register( tMessage::_MESSAGE_ID, NewMessage< tMessage > );
}
//

//main
factory.RegisterAny< PingMessage >();
factory.RegisterAny< PongMessage >();
//

Or, in your current code, just use a sensible allocation size and have runtime bounds checking to see there are too much registrations. And maybe supply an 'Unregister' method.

于 2010-05-17T15:56:54.090 回答
0

这是使用地图稍作修改的清单

#include <map>
#include <iostream>
#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <string.h>
#include <inttypes.h>

//typedef Message *;
class MessageFactory {
 public:
    struct register_base {
        virtual int id() const = 0;
        virtual Message* new_() = 0;
    };
    template<class C>
    struct register_ : register_base {
        static const int ID;
        register_() : id_(ID)  {} // force ID initialization
        int id() const { return C::factory_key; }
        Message* new_() { return new C(); }
    private:
        const int id_;
    };
    static uint16_t Register(register_base* message) {
        printf("Registering constructor for msg id %d\n", message->id());
        m_List[message->id()] = message;
        return message->id();
    }
    static Message *Create(uint16_t msgid) {
        return m_List[msgid]->new_();
    }
    static std::map<int,register_base*> m_List;
};
std::map<int, MessageFactory::register_base*> MessageFactory::m_List;

template<class C>
const int MessageFactory::register_<C>::ID =
    MessageFactory::Register(new MessageFactory::register_<C>());


class Message {
public:
    virtual ~Message() {}
    int getMessageType() const {
        return m_type;
    }
    virtual void say() = 0;
protected:
    uint16_t m_type;
};

class PingMessage: public Message, private MessageFactory::register_<PingMessage> {
public:
    static const int factory_key = 10;
    PingMessage() { } // must call explicitly to register
    virtual void say() {
        printf("Ping\n");
    }
};

class PongMessage:public Message, private MessageFactory::register_<PongMessage> {
public:
    static const int factory_key = 11;
    PongMessage() { }
    void say() {
        printf("Pong\n");
        std::cout   << this->id() << std::endl;
    }
};



int main(int argc, char **argv)
{
    Message *msg1;
    Message *msg2;

    msg1 = MessageFactory::Create(10);
    msg1->say();

    msg2 = MessageFactory::Create(11);
    msg2->say();

    delete msg1;
}
于 2010-05-17T17:54:32.983 回答
0

对于作为 MessageTmpl 子类的所有消息类,我必须实现构造函数。如果不是,它将不会在 MessageFactory 中注册。

我正在试验这个想法,并想出了一种方法来强制实例化注册变量,而不必在派生类中做任何事情。在模板中创建一个访问注册变量的虚函数。这会强制实例化函数,因为无论是否调用虚函数,它都必须存在。

这是我的临时代码:

#include <boost/array.hpp>
#include <iostream>

struct thingy
{
  virtual ~thingy() {}
  virtual void print_msg() const = 0;
  virtual size_t id() const = 0;

  bool registered_already() const { return registered; }
protected:
  bool registered;
};

struct holder
{
  enum index {
    ID_OPEN
  , ID_SAVE
  , ID_SAVEAS
  , COUNT
  };

  static holder& instance()
  {
    static holder inst;
    return inst;
  }

  thingy& operator[] (size_t i)
  {
    assert(thingys[i] && "Not registered.");
    return *thingys[i];
  }

  bool registered(size_t i) const { return thingys[i] != 0; }

  ~holder() { std::for_each(thingys.begin(), thingys.end(), [](thingy* t) { delete t; }); }

  index reg(thingy* t, index i)
  {
    assert( !thingys[i] && "Thingy registered at this ID already" );
    thingys[i] = t;
    return i;
  }

private:

  holder() : thingys() {}

  boost::array< thingy*, COUNT > thingys;
};

template < typename Derived, holder::index i >
struct registered_thingy : thingy
{
  size_t id() const { return registration; }
private:
  static holder::index registration;
};

template < typename T, holder::index i >
holder::index registered_thingy<T,i>::registration = holder::instance().reg(new T, i);

struct thingy1 : registered_thingy<thingy1,holder::ID_OPEN>
{
  void print_msg() const { std::cout << "thingy1\n"; }
};

struct thingy2 : registered_thingy<thingy2, holder::ID_SAVE>
{
  void print_msg() const { std::cout << "thingy2\n"; }
};

struct thingy3 : registered_thingy<thingy3, holder::ID_SAVEAS>
{
  void print_msg() const { std::cout << "thingy3\n"; }
};



int main()
{
  holder::instance()[holder::ID_OPEN].print_msg();

  std::cin.get();
}
于 2010-06-30T17:53:54.093 回答