Перейти к содержанию

Последнее обновление：2026-10-12

Идиома Mixin в C++

Всем привет, я 光城, и сегодня я поделюсь с вами одной из идиом из проекта «C++那些事»: mixin

Примеси (Mixins) — это концепция из Lisp. Примесь — это часть класса; это означает, что она предназначена для комбинирования с другими классами или примесями.

Различие между обычным самостоятельным классом (например, Person) и примесью в том, что примесь моделирует небольшие фрагменты функциональности (например, печать или отображение) и не предназначена для самостоятельного использования. Напротив, она должна объединяться с другими классами, которым нужна эта функциональность (например, с Person).

Таким образом, цель примесей — разрешить нечто похожее на множественное наследование.

Базовая запись mixin в C++ выглядит так:

template <class Super>
class Mixin : public Super {
. /* mixin body */
};

или

template<typename... Super>
class Mixin : public Super... {
  public:
    Mixin() :  Super...() {}
  // ...
};

Примечание: все примеры кода из этого раздела можно получить в сообществе.

Пример 1: масштабирование и поворот

Предположим, мы хотим масштабировать, поворачивать прямоугольник/квадрат, добавлять рамку и т. д. — все эти операции влияют на его ширину и высоту, и мы можем реализовать их с помощью mixin.

Сначала мы можем определить обычные квадрат и прямоугольник в качестве базовых классов для mixin.

// 正方形类
class Square : public Shape {
public:
    Square(int sideLength) : sideLength(sideLength) {}
    int GetWidth() const override { return sideLength; }
    int GetHeight() const override { return sideLength; }
private:
    int sideLength;
};

// 长方形类
class Rectangle : public Shape {
public:
    Rectangle(int width, int height) : width(width), height(height) {}
    int GetWidth() const override { return width; }
    int GetHeight() const override { return height; }
private:
    int width;
    int height;
};

Затем с помощью подклассов-mixin расширим функциональность. Например: для масштабирующего mixin мы можем определить собственный класс, ширина и высота которого равны scale, умноженному на соответствующие ширину и высоту.

// 缩放的Mixin
template <class Base, int ScaleX, int ScaleY>
class Scale : public Base {
 public:
  int GetScaledWidth() const { return Base::GetWidth() * ScaleX; }
  int GetScaledHeight() const { return Base::GetHeight() * ScaleY; }
};

Подобные сценарии очень хорошо подходят для использования mixin.

Использование:

using ModifiedShape = Border<RotateBy90<Scale<Square, 2, 1>>, 10>;

Пример 2: redo и undo

Полный пример имитирует операции redo и undo, позволяя нам переключаться туда-обратно между данными. В Redoable<Undoable<Number>> мы можем смешивать эти классы вместе и использовать.

#include <iostream>

using namespace std;

struct Number {
    typedef int value_type;
    int n;
    void set(int v) {
        n = v;
    }
    int get() const {
        return n;
    }
};

template <typename BASE, typename T = typename BASE::value_type>
struct Undoable : public BASE {
    typedef T value_type;
    T before;
    void set(T v) {
        before = BASE::get();
        BASE::set(v);
    }
    void undo() {
        BASE::set(before);
    }
};

template <typename BASE, typename T = typename BASE::value_type>
struct Redoable : public BASE {
    typedef T value_type;
    T after;
    void set(T v) {
        after = v;
        BASE::set(v);
    }
    void redo() {
        BASE::set(after);
    }
};

typedef Redoable<Undoable<Number>> ReUndoableNumber;

int main() {
    ReUndoableNumber mynum;
    mynum.set(42);
    mynum.set(84);
    cout << mynum.get() << '\n';  // Output: 84
    mynum.undo();
    cout << mynum.get() << '\n';  // Output: 42
    mynum.redo();
    cout << mynum.get() << '\n';  // Output: back to 84
}

Пример 3: повторяющаяся печать

Приведём ещё один пример складывания конструктора: повторяющаяся печать.

Сначала есть класс, с помощью которого мы можем напечатать имя человека.

class Name
{
public:
    Name(std::string firstName, std::string lastName)
      : firstName_(std::move(firstName))
      , lastName_(std::move(lastName)) {}

    void print() const
    {
        std::cout << lastName_ << ", " << firstName_ << '\n';
    }

private:
    std::string firstName_;
    std::string lastName_;
};

А что если я хочу напечатать повторно?

Мы можем сделать так: используем mixin и передаём в него класс Name.

template<typename Printable>
struct RepeatPrint : Printable
{
    explicit RepeatPrint(Printable const& printable) : Printable(printable) {}
    void repeat(unsigned int n) const
    {
        while (n-- > 0)
        {
            this->print();
        }
    }
};

template<typename Printable>
RepeatPrint<Printable> repeatPrint(Printable const& printable)
{
    return RepeatPrint<Printable>(printable);
}

Использование:

Name ned("Eddard", "Stark");    
repeatPrint(ned).repeat(10);

В результате получаем печать, повторённую n раз.

Для каких же сценариев mixin подходит лучше всего?

  • сохранение исходного класса без изменений,
  • клиентский код не использует исходный класс напрямую — ему нужно обернуть его в mixin, чтобы воспользоваться расширенной функциональностью,

Стандартная библиотека

В стандартной библиотеке есть место, где используется техника mixin: std::nested_exception.

std::nested_exception — это полиморфный mixin-класс, который может перехватывать и хранить текущее исключение, благодаря чему можно вкладывать исключения произвольных типов друг в друга.

template <typename _Except>
struct _Nested_exception : public _Except, public nested_exception
{}

В исходниках видно, что nested_exception используется как базовый mixin-класс.

Ссылки

https://cedanet.com.au/ceda/Xc++/$mixin/mixins-in-straight-c++.php

https://www.fluentcpp.com/2017/12/12/mixin-classes-yang-crtp/

https://stackoverflow.com/questions/18773367/what-are-mixins-as-a-concept

Похожие темы

Комментарии