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[C++] Visitorパターン with std::variant, std::visit
初めに
本記事は以下の本の内容を要約したもの。
std::variantとは
C++17以降で使用可能な型。
複数の型のうちのいずれか一つを保持できるコンテナ。
型安全なユニオンとして機能し、多態性を実現する一つの方法となる。
// 保持できる型をテンプレート引数として指定する。
std::variant<int, double, std::string> var;
// 代入した型に応じて内部状態が変化する。
var = 42; // int
var = 3.14; // double
var = "hello"; // std::string
/// int型の値を取得.
/// varに格納されている値がint以外の場合は例外が飛ぶ.
try {
const int i = std::get<int>(var);
std::cout << "var contains int: " << i << '\n';
}
catch (std::bad_variant_access e) {
std::cout << e.what() << '\n';
}
/// int型の値のポインタを取得.
/// varに格納されている値がint以外の場合はnullptrになる.
if (const int *i_ptr = std::get_if<int>(&var)) {
std::cout << "var contains int: " << *i_ptr << '\n';
}
else {
std::cout << "var does not contains int" << '\n';
}
if (std::holds_alternative<int>(var)) {
// varはintを保持している
}
std::visitとは
C++17以降で使用可能な関数。
std::variantに保持されている値に対して柔軟な操作を行うためのメカニズム。
Visitorパターンを簡単に実装できる。
/// 関数オブジェクト
struct Print {
Print() { std::cout << __func__ << std::endl; }
void operator()(const int &value) const { std::cout << "int: " << value << '\n'; }
void operator()(const double &value) const { std::cout << "double: " << value << '\n'; }
void operator()(const std::string &value) const { std::cout << "string: " << value << '\n'; }
};
std::variant<int, double, std::string> var;
var = "hello"; // std::string
/// varに現在格納されている値から適切なoperator()が呼ばれる.
std::visit(Print{}, var);
Visitorパターンの実装 (古典的)
リポジトリはこちら。
デザインパターンの一つであり、オブジェクトの構造とその上で行う操作を分離する目的で使用される。
オブジェクトの構造が頻繁に変更されないが、新しい操作を追加する必要がある場合に有用。
Visitorパターンの実装 (std::variantとstd::visitを用いて)
リポジトリはこちら。
Pros
- クラス間の参照が循環しない
- 仮想関数呼び出しが発生しない
- コンパイラの最適化がよく効き、性能が良い
- ポインタが必要ない。すべて値ベースで実装できる
- 処理のオープンセット(追加しやすさ)を実現する
Cons
- 型のクローズセット(追加しにくさ)に対応する必要がある
-
std::variantに持たせる型の1つのサイズが大きいと、std::variant全体のサイズが大きくなってしまう-
ProxyオブジェクトやBridgeパターンを用いると緩和できる
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Discussion