C++ std 容器 - 没有指针的多态性。可以吗？

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是否可以在any std c++ 容器中维护派生类的知识，而不使用指针，从容器动态转换返回值？我知道我可以创建一个向量，例如某些基类类型的指针，并让它们保留其子类。但问题是我必须使用指针吗？

示例：

struct A {
  int x = 0, y = 0, z = 0;
  virtual void foo() { cout << "A" << endl; };
};

struct B : public A {
  int a = 1, b = 1, c = 1;
  virtual void foo() { cout << "B" << endl; };
};

int main() {  
  <SOMECONTAINER><A> a(2);
  a[0] = A();
  a[1] = B();
  B * p;
  B& n = dynamic_cast<B&>(a[1]); // Always throws?
  p = dynamic_cast<B*>(&a[1]); // Always zero?
  cout << p << endl;
}
c++ pointers c++11
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是的，你确实必须使用指针。否则，尝试将 

B
放入 
A
的容器中会导致 slicing：
B
被切成 
A
（这不仅限于容器，如果您这样做，也会发生完全相同的事情） 
A a = B()
或者如果您将 
B
传递给需要 
A
的函数。

当你稍后把它拿出来时，它是一个完全不知道它的血统包括一个

A
类型的杰出祖先的
B
——无论你以什么方式看待
A
，你都无法使这是一个
B
。

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我将忽略对齐，或者更确切地说假设指针后面的数据已充分对齐。

template<class T, unsigned N>
struct poly_anna;
template<class T,unsigned N>
struct poly_bob {
  typedef poly_anna<T,N> poly_anna_;
  T*(*get)(poly_anna_*) = nullptr;
  void(*destroy)(poly_anna_*) = nullptr;
  void(*move_to)(poly_anna_ *,poly_anna_*) = nullptr;
  void(*copy_to)(poly_anna_ const*, poly_anna_*)=nullptr;
};

template<class T, unsigned N>
struct poly_anna {
private:
  poly_bob<T,N> const*bob=nullptr;
  char buff[N];
public:
  template<class U> static poly_bob<T,N> const* get_bob() {
    static poly_bob<T,N> b={
      [](poly_anna*a)->T&{ return *(U*)&a->buff[0]; },
      [](poly_anna*a){ ((U*)&a->buff[0])->~U(); a->bob = nullptr; },
      [](poly_anna*s,poly_anna*d){
        if (s->bob==d->bob){
          *((U*)&d->buff[0])=std::move(*((U*)&d->buff[0]));
          return;
        }
        if (d->bob != nullptr) {
          d->bob->destroy(b);
        }
        d->store( std::move( *(U*)&s->buff[0] ) );
      },
      [](poly_anna const* s, poly_anna*d){
        if (d->bob == s->bob){
          *(U*)&d->buff[0] = *(U const*)&s->buff[0];
          return;
        }
        if (d->bob){ d->bob->destroy(d); }
        d->store( *(U const*)*s->buff[0] );
      }
    };
    return &b;
  };
  template<class U_>
  void store(U_&& u){
    typedef typename std::decay<U_>::type U;
    static_assert( sizeof(U)<=N, "N not large enough" );
    if (bob) bob->destroy( this );
    bob = get_bob<U>();
    new (&buff[0]) U( std::forward<U_>(u) );
  }
  void reset(){ if (bob) bob->destroy(this); }
  T& get() {
    return bob->get(this);
   }
  T const& get() const {
    return bob->get(const_cast<poly_anna*>(this));
   }
   poly_anna( poly_anna const& o ){
     if (o.bob) o.bob->copy_to( &o, this );
   }
   poly_anna( poly_anna && o ){
     if (o.bob) o.bob->move_to( &o, this );
   }
   poly_anna&operator=( poly_anna const& o ){
     if (o.bob) o.bob->copy_to( &o, this );
     else if (bob) bob->destroy(this);
     return *this
   }
   poly_anna&operator=( poly_anna && o ){
     if (o.bob) o.bob->move_to( &o, this );
     else if (bob) bob->destroy(this);
     return *this
   }
   poly_anna()=default;
   ~poly_anna(){if(bob)bob->destroy(this);}
   explicit operator bool()const{return bob;}
};

这是我对多态变体的尝试。它存储 

T
和 
T
的子级，只要它们不大于 
N
并且可以存储在 
std
容器中。

如果编译通过请告诉我。

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您需要用于虚拟成员函数调度的指针。

当你想一想，如果没有指针，你就只剩下“按值”了。值语义和多态性在一起并没有真正的意义。

A value 具有单一上下文/类型。它是原子的且简单的。可以这么说，所见即所得。当然，你可以投射它，但这样你就有了......另一个值。

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有一句经常被引用的程序员谚语：没有什么问题是通过额外的间接层不能解决的，除了太多的间接层。

付诸实践，看看

boost::variant
。
如果您的容器存储 
boost::variant
允许您想要存储的所有（子）类，则可以避免使用指针。

这可以是胜利，但不一定是胜利。
在采取这样的解决方案之前先进行衡量。

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我认为这里实际上有两个问题：

  1. 是否可以在不使用指针和相关动态分配的情况下在 STL 容器中获得多态语义？
  2. 是否可以保留存储在STL容器中的多态对象的具体类型？

1 的答案是肯定的，但需要付出一些努力。正如一些人提到的，一种方法是使用像 boost::variant 这样的变体类型。这种方法的问题在于，您失去了与变体中存储的对象自然交互的能力，而必须编写访问者，这会产生大量语法开销。

如果类层次结构是有界的，那么更好的方法可能是使用 boost::variant 的变体（无双关语），专门设计用于保留多态语义及其相关语法。一个例子可能是emplacer。正如上面 dyp 的评论中所指出的，emplacer 是一个受限制的变体。

对于问题 2，我不知道有什么方法可以在不使用 typeid() 或手动类型系统的情况下做到这一点。

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我们正在努力引入一个类模板 

polymorphic
，它可以让您使用类似值的对象编写多态代码。

SOME_CONTAINER<polymorphic<Shape>> shapes;

shapes.emplace_back(Circle(/*radius=*/5.0));
shapes.emplace_back(Square(/*side=*/3.0));
shapes.emplace_back(Hexagon(/*side=*/2.0));

for (const auto& shape : shapes) {
  // Work with a local copy, does not slice.
  polymorphic<Shape> local_copy = shape; 

  // Do something with the local_copy.

  // `local_shape` goes out of scope and is correctly deleted.
}

// `shapes` go out of scope and are correctly deleted.

在内部，

polymorphic
使用指针和类型擦除，以便复制和删除适用于派生类型。

这与我们在没有指针的情况下实现多态性一样接近——它们被使用，但在实现中被隐藏。

我们正在进行 C++ 标准提案：

https://wg21.link/p3109 https://wg21.link/p3152

以及参考实现：

https://github.com/jbcoe/value_types

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