我们目前存储了几个不同的数据模型集合,如下所示:
std::map<std::string, std::map<int64_t, std::shared_ptr<DataObject>>> models;
字符串映射到已知的类型列表,这全部由序列化处理。嵌套映射包含"对象 ID"和关联的(反序列化(std::shared_ptr
数据对象是一个基类,我们从中派生了几种类型。
我们有一种方法可以获取给定类型的所有数据对象:
static std::map<int64_t, std::shared_ptr<DataObject>> *getAll(std::string type);
这只在给定的"类型"键处返回指向映射的指针。
今天我遇到了代码审查以添加以下内容,我相信它调用了 UB,但似乎可以正常工作。这让我有点紧张,正在寻找有效的解决方案:
template <typename M>
static std::map<int64_t, std::shared_ptr<M>> *getAll(const std::string &type) {
auto castObjectMap = reinterpret_cast<std::map<int64_t, std::shared_ptr<M>>*>(getAll(type));
return castObjectMap;
}
像这样进行强制转换的好处是它不涉及循环或复制(据我所知(,它是一个简单的指针转换。那真是太棒了。但我不认为它是便携式或安全的,尽管我不知道最好的便携式和安全的替代品是什么。
我在下面有一个简化版本的玩具版本,它确实按预期吐出了正确的输出:
#include <iostream>
#include <memory>
#include <string>
#include <map>
using namespace std;
struct Base {
Base(){}
virtual ~Base(){}
Base(int u):x(u){}
int x = 0;
};
struct Derived : public Base {
Derived(){}
Derived(int u, int v):Base(u),y(v){}
int y = 0;
};
int main() {
map<int, shared_ptr<Base>> test {
{0, make_shared<Derived>(2, 3)},
{1, make_shared<Derived>(4, 5)},
{2, make_shared<Derived>(6, 7)}
};
map<int, shared_ptr<Derived>> *castVersion = reinterpret_cast<map<int, shared_ptr<Derived>>*>(&test);
for(auto&&kv : *castVersion){
cout << kv.first << ": " << kv.second->x << ", " << kv.second->y << std::endl;
}
return 0;
}
我的问题是,是否有一种不涉及大量复制的好方法,或者至少有一种干净的方法可以做到这一点。我们目前正在使用 C++17。
它不会提供完全相同的界面,但想到的一个类似但更安全的想法是使用 boost::transform_iterator
来创建迭代器,以透明地处理映射中shared_ptr
指针的转换。
#include <memory>
#include <utility>
#include <type_traits>
#include <boost/iterator/transform_iterator.hpp>
template <class Derived, class Iterator>
class downcast_pair_iterator
: public boost::transform_iterator<
std::pair<
typename std::iterator_traits<Iterator>::value_type::first_type,
const std::shared_ptr<Derived>
> (*)(Iterator),
Iterator>
{
public:
using base_value_type = typename std::iterator_traits<Iterator>::value_type;
using key_type = const typename base_value_type::first_type;
using base_mapped_type = typename base_value_type::second_type;
using mapped_type = const std::shared_ptr<Derived>;
using value_type = std::pair<key_type, mapped_type>;
private:
template <typename T>
static T* shared_to_raw(const std::shared_ptr<T>&); // undefined
static_assert(std::is_base_of_v<
std::remove_pointer_t<
decltype(shared_to_raw(std::declval<base_mapped_type&>()))>,
Derived>);
static value_type convert(const base_value_type& pair_in)
{
return value_type(pair_in.first,
std::static_pointer_cast<Derived>(pair_in.second));
}
public:
explicit downcast_pair_iterator(Iterator iter)
: transform_iterator(iter, &convert) {}
};
template <class Derived, class Iterator>
auto make_downcast_pair_iter(Iterator iter)
{
return downcast_pair_iterator<Derived, Iterator>(iter);
}
template <class Derived, class Range>
class downcast_pair_range
{
public:
explicit downcast_pair_range(Range& c)
: source_ref(c) {}
auto begin() const {
using std::begin;
return make_downcast_pair_iter<Derived>(begin(source_ref));
}
auto end() const {
using std::end;
return make_downcast_pair_iter<Derived>(end(source_ref));
}
private:
Range& source_ref;
};
template <class Derived, class Range>
auto make_downcast_pair_range(Range& r)
{
return downcast_pair_range<Derived, Range>(r);
}
template <class Derived, class Range>
auto make_downcast_pair_range(const Range &r)
{
return downcast_pair_range<Derived, const Range>(r);
}
那么你的例子main
可以变成:
int main() {
std::map<int, std::shared_ptr<Base>> test {
{0, std::make_shared<Derived>(2, 3)},
{1, std::make_shared<Derived>(4, 5)},
{2, std::make_shared<Derived>(6, 7)}
};
for (auto&& kv : make_downcast_pair_range<Derived>(test)){
std::cout << kv.first << ": "
<< kv.second->x << ", " << kv.second->y << std::endl;
}
return 0;
}
这样可以避免创建任何第二个容器对象,并且在正确使用时不涉及未定义的行为。使用转换迭代器通常会导致与不安全强制转换相同的机器代码,只是取消引用确实会创建一个新的 shared_ptr<Derived>
对象,这将涉及一些引用计数开销。 查看关于大肠杆菌的完整工作程序。
除了使用上面基于范围的for
中所示的make_downcast_pair_range<Derived>(some_map)
之外,make_downcast_pair_iterator<Derived>
还可以直接用于获取用于其他目的的变换迭代器,例如从地图find(k)
的结果。并且给定一个变换迭代器,您可以使用 iter.base()
返回到真实地图的迭代器,例如传递到地图的erase(iter)
。
当然,如果指针实际上没有指向Derived
对象,则使用 std::static_pointer_cast
的结果仍然是未定义的行为。如果担心有人在获取对象时可能会使用错误的"派生"模板参数,或者映射可能以某种方式最终包含指向错误派生对象类型的指针,您可以将 downcast_pair_iterator<D, I>::convert
private 函数更改为使用 std::dynamic_pointer_cast
,如果结果为 null 指针,则抛出或中止。
您不能直接使用 std::map 构造函数来获取一对迭代器,因为转换正在尝试从 Base 转换为 Derived ,这无法隐式完成,但您可以安全地运行 std::transform。这确实涉及复制,但好处是不是未定义的行为。
template <typename M>
static std::map<int64_t, std::shared_ptr<M>> getAll(const std::string &type) {
auto* source = getAll(type);
std::map<int64_t, std::shared_ptr<M>> castMap;
std::transform(source->begin(), source->end(), std::inserter(castMap, castMap.end()), [](auto& kv) {
return std::pair<const int, std::shared_ptr<M>>(kv.first, std::static_pointer_cast<M>(kv.second));
});
return castMap;
}
好吧,你不能这样随便投掷。 std::map<int64_t, std::shared_ptr<M>>
和std::map<int64_t, std::shared_ptr<DataObject>>
是完全不同的类型。 如果不触发 UB,则不能使指针指向不相关的类。 你必须以某种方式制作副本。
如果要从派生类的指针转换为基类的指针,则可以直接执行以下操作:
std::map<int64_t, std::shared_ptr<M>> new_map{old_map.begin(), old_map.end()};
这利用了shared_ptr
在需要时转换的事实。 如果反过来做,那么你可以依赖隐式转换,所以使用 static_pointer_cast
.