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CppCon 2015 学习:Implementing class properties effectively

news 来源：原创 2025/6/12 15:31:36

这段内容讲的是C++中“属性”（Property）的实现及其设计理念，并结合一个实际类Text来说明。中文理解如下：

关于“属性”（Property）

  • 属性：介于类的字段（field）和方法（method）之间的东西。
    也就是说，属性看起来像成员变量，但可以通过方法（getter/setter）控制访问和赋值，实现更灵活的封装和控制。

代码示例类 Text

class Text : public BaseElement
{
public:ZOBJ(Text);                   // 可能是宏定义，做一些元编程的辅助Text() : string(nullptr) { }  // 构造函数，初始化 string 为 nullptrint align;                    // 对齐方式，属性示例之一ZString *string;              // 字符串指针int stringLength;             // 字符串长度float drawOffsetY;            // 绘制时的Y轴偏移FontGeneric *font;            // 字体对象指针float wrapWidth;              // 自动换行宽度DynamicArray *formattedStrings; // 格式化字符串数组DynamicArray *multiDrawers;   // 多重绘制器float maxHeight;              // 最大高度bool wrapLongWords;           // 是否允许长词换行virtual Text *initWithFont(FontGeneric *i);  // 初始化方法...
};

理解总结

  • 这个类中列出了一些“属性”字段，比如align、string、wrapWidth等。
  • 这些“属性”很直观地是类的数据成员，但实际项目中，想把这些直接字段换成属性（比如封装成getter/setter）可以增强安全性和灵活性。
  • 这正是“属性”的本质：外观是数据成员，但实际上是通过方法控制访问的接口。
  • 你可以用类似C#的属性语法来模拟，或者用宏/模板等方式来简化写法。

这段代码体现了大量遗留代码（legacy code）的实际用法和风格，中文理解如下：

代码分析

Text* text;
...
text->setText(ZS(STR_LOC_OMNOM));
...
text->width = 42;
text->height = GetQuadOffset(IMG_OMNOM__top_offs).y;
...
text->draw();

理解总结

  • text 是指向 Text 类实例的指针。
  • text->setText(ZS(STR_LOC_OMNOM));
    这是通过方法（setter）设置文本内容，ZS(STR_LOC_OMNOM) 可能是某种字符串宏或转换函数。
  • text->width = 42; 和 text->height = ...;
    直接通过公有成员变量访问和赋值宽高。
    这里是“直接访问字段”的风格，缺乏封装性和安全性。
  • text->draw();
    调用对象的方法进行绘制。

说明

  • 这种混合用法：部分用方法访问（setText()），部分直接访问字段（width, height）是典型的遗留代码风格。
  • 直接字段访问容易导致难以控制属性的变化，也难以插入额外逻辑（如验证、事件通知等）。
  • 这也是为什么现代代码倾向于将“属性”封装为 getter/setter 或类似机制。

1. 需求背景

想模拟C#里“属性”（Property）的语法：

foo.size = 10; // 实际调用setter
int x = foo.size; // 实际调用getter

而不是直接访问成员变量。

2. 最简单的实现——成员变量直接暴露

class Bar {
public:int size;
};

用法：

Bar bar;
bar.size = 10;  // 直接赋值成员变量

缺点：不能拦截赋值或读取操作，无法封装额外逻辑（例如校验、触发事件等）。

3. 用getter/setter封装访问

class Foo {
private:int size;
public:void setSize(const int& s) { size = s; }const int& getSize() const { return size; }
};

用法：

Foo foo;
foo.setSize(10);       // 设置
int x = foo.getSize(); // 读取

缺点：调用写法不够简洁。

4. Property模板类模拟属性语法糖

想实现：

foo.size = 10;  // 自动调用setSize
int x = foo.size; // 自动调用getSize

这需要通过C++运算符重载和隐式类型转换来实现。

5. 纯存储型Property（不满足调用宿主方法需求）

template<typename T>
class Property {
private:T value;
public:Property<T>& operator=(const T& v) {value = v;return *this;}operator const T&() {return value;}
};
  • 赋值重载=operator=，赋值给内部成员
  • 隐式转换operator T&()，读取时返回内部成员引用
    缺点：
  • 不能调用宿主对象的方法，不能实现额外逻辑。

6. 用std::function封装getter/setter，满足调用宿主函数需求

template<typename T>
class Property {
private:std::function<void(const T&)> setter;std::function<const T&()> getter;
public:Property(std::function<void(const T&)> s, std::function<const T&()> g): setter(s), getter(g) {}Property<T>& operator=(const T& v) {setter(v);return *this;}operator const T&() {return getter();}
};

用法示例：

class Test {
private:float dimension;
public:const float& getArea() const {// 假设返回引用可能不安全，这里简化示例static float area = dimension * dimension;return area;}void setArea(const float& val) {dimension = std::sqrt(val);}Property<float> area;Test() : area([this](const float& v){ setArea(v); },[this]() -> const float& { return getArea(); }) {}
};
  • Property对象内部保存两个std::function，指向宿主对象的方法。
  • 赋值时调用setter，读取时调用getter。

缺点

  • std::function内部存储函数对象（闭包），开销较大，至少有堆分配和类型擦除，sizeof(Property)通常较大（例如32字节）。
  • 每次调用通过std::function间接，性能下降。

7. 用成员函数指针（member function pointers）优化

成员函数指针示例：

struct Test {void setVal(const int& v) { /* ... */ }const int& getVal() const { /* ... */ return val; }int val;
};
  • 成员函数指针类型：
    • void (Test::*)(const int&) ——指向成员函数void setVal(const int&)
    • const int& (Test::*)() const ——指向成员函数const int& getVal() const

8. 结合成员函数指针写Property模板

template <typename T, typename Host>
class Property {
private:void (Host::*setter)(const T&);const T& (Host::*getter)() const;Host* host;
public:Property(void (Host::*set)(const T&), const T& (Host::*get)() const, Host* h): setter(set), getter(get), host(h) {}Property<T, Host>& operator=(const T& value) {(host->*setter)(value);  // 调用宿主setterreturn *this;}operator const T&() const {return (host->*getter)(); // 调用宿主getter}
};

优点：

  • Property对象只存储3个指针（setter、getter成员函数指针 + 指向宿主实例的指针），通常24字节。
  • 比std::function轻量许多。
  • 调用时通过成员函数指针调用宿主函数，调用开销更低。

缺点：

  • 调用时仍有两次间接调用：
    • host->*setter，调用成员函数指针；
    • 成员函数调用本身也有一定调用开销（尤其虚函数）。

9. 进一步优化思考：利用成员指针偏移

成员指针本质上是宿主类对象中某成员的偏移（对数据成员而言），或成员函数的地址。
如果只操作数据成员（不是调用函数），我们可以将“成员指针”当做偏移量，在编译期知道偏移量，直接用指针+偏移访问成员数据。
比如：

template<typename T, typename Host, T Host::*member>
class Property {
private:Host* host;
public:Property(Host* h) : host(h) {}Property<T, Host, member>& operator=(const T& value) {host->*member = value;  // 直接访问成员变量return *this;}operator const T&() const {return host->*member;   // 直接访问成员变量}
};

10. 将“调用宿主方法”的逻辑加入

如果你想要“赋值时调用宿主的setter函数”，读取时调用getter函数，而不直接访问成员变量，需要你在Host类中写统一的接口，比如：

struct Foo {int size_;void setSize(const int& v) { size_ = v; }const int& getSize() const { return size_; }
};

配合：

template<typename T, typename Host, T Host::*member>
class Property {
private:Host* host;
public:Property(Host* h) : host(h) {}Property<T, Host, member>& operator=(const T& value) {host->setSize(value);  // 这里硬编码了setSize，不能通用return *this;}operator const T&() const {return host->getSize();}
};

但这显然不通用，也不能自动匹配getter/setter，除非借助宏或者模板技巧（如成员函数指针传参）。

11. 性能对比总结

方案内存大小（示例）调用层数优点缺点
纯成员变量sizeof(T)0简单快速不能调用getter/setter
Property + std::function~32字节3灵活，可任意函数封装大开销，调用慢
Property + 成员函数指针~24字节2较轻量，调用宿主函数调用间接层依旧存在
Property + 成员变量指针（偏移）~8字节1轻量，调用快只能直接访问数据成员

12. 实际应用示例

struct Foo {int size_;void setSize(const int& v) { size_ = v; }const int& getSize() const { return size_; }
};
template<typename T, typename Host>
class Property {
private:void (Host::*setter)(const T&);const T& (Host::*getter)() const;Host* host;
public:Property(void (Host::*set)(const T&), const T& (Host::*get)() const, Host* h): setter(set), getter(get), host(h) {}Property<T, Host>& operator=(const T& value) {(host->*setter)(value);return *this;}operator const T&() const {return (host->*getter)();}
};
int main() {Foo foo;Property<int, Foo> sizeProp(&Foo::setSize, &Foo::getSize, &foo);sizeProp = 10;               // 调用foo.setSize(10)std::cout << int(sizeProp); // 调用foo.getSize()
}

13. 总结

  • 模拟属性的最佳方案取决于效率与灵活性的权衡：
    • 最高效的是直接数据成员指针操作，但无法封装逻辑。
    • 最灵活的是std::function，但内存占用和运行时开销大。
    • 成员函数指针折中方案较常用，性能和灵活性都较好。
  • C++目前没有原生支持属性语法，只能靠重载运算符模拟。
  • 你若追求最高效率，可以用模板配合成员指针偏移和宿主类接口，消除动态调用。

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