الـ Mixins عبر CRTP

جزء من قسم البرمجة كائنية التوجه في رحلة C++ على Coddy. الدرس 77 من 104.

نمط القالب المتكرر على نحوٍ غريب (CRTP) هو تقنية ترث فيها فئة من فئة أساس قالبية، وتمرر نفسها وسيطًا للقالب. يتيح ذلك تعدد الأشكال وقت الترجمة، ويسمح للفئات الأساسية بالوصول إلى أعضاء الفئة المشتقة دون استخدام دوال افتراضية.

يبدو الهيكل الأساسي لـ CRTP كما يلي:

template <typename Derived>
class Base {
public:
    void interface() {
        static_cast<Derived*>(this)->implementation();
    }
};

class MyClass : public Base<MyClass> {
public:
    void implementation() {
        std::cout << "MyClass implementation\n";
    }
};

يُعدّ CRTP قويًا بشكل خاص لإنشاء mixins - وظائف قابلة لإعادة الاستخدام يمكن «مزجها» داخل الأصناف. وعلى عكس الوراثة التقليدية، تضيف mixins إمكانات دون إنشاء تسلسلات هرمية عميقة:

template <typename Derived>
class Printable {
public:
    void print() const {
        const Derived& self = static_cast<const Derived&>(*this);
        std::cout << self.toString() << "\n";
    }
};

class Person : public Printable<Person> {
    std::string name;
public:
    Person(const std::string& n) : name(n) {}
    std::string toString() const { return "Person: " + name; }
};

// الاستخدام:
Person p("Alice");
p.print();  // الناتج: Person: Alice

الميزة الرئيسية هي أن جميع استدعاءات الأساليب تُحسم وقت الترجمة، مما يلغي النفقات الإضافية للدوال الافتراضية. يمكنك دمج عدة خلطات CRTP لتركيب الوظائف، ما يجعلها بديلاً مرناً لتعدد الأشكال وقت التشغيل عندما تكون الأنواع معروفة وقت الترجمة.

التحدي

سهل

لنبنِ نظامًا للتسجيل يستخدم مزائج CRTP لإضافة وظائف قابلة لإعادة الاستخدام إلى أصناف مختلفة دون كلفة الدوال الافتراضية. ستنشئ مزجين يمكن «مزجهما» في أي صنف: أحدهما لعدّ النسخ والآخر لإنشاء تمثيلات نصية.

ستنظّم التعليمات البرمجية عبر ثلاثة ملفات:

Mixins.h: عرّف قالبَي مزج CRTP يوفّران وظائف قابلة لإعادة الاستخدام.
أنشئ قالب مزج Countable يتتبّع عدد نسخ الصنف المشتق الموجودة. يجب أن يتضمن عدّادًا ثابتًا يزداد في المُنشئ وينقص في المُدمّر. وفّر دالة ثابتة getCount() تعيد العدد الحالي.

أنشئ قالب مزج Describable يوفّر دالة describe(). يجب أن تستخدم هذه الدالة static_cast للوصول إلى الصنف المشتق واستدعاء دالته getDescription()، ثم تطبع النتيجة متبوعة بسطر جديد.

تذكّر أن مزائج CRTP تستخدم static_cast<Derived*>(this) للوصول إلى أعضاء الصنف المشتق أثناء الترجمة.
Entities.h: عرّف صنفَي كيان يرثان من كلا المزجين.
أنشئ صنفًا Player يرث من كلٍّ من Countable<Player> وDescribable<Player>. يجب أن يخزّن اسمًا ومستوى، وأن يوفّر دالة getDescription() تعيد سلسلة نصية بالتنسيق: Player: [name] (Level [level])

أنشئ صنفًا Enemy يرث أيضًا من كلا المزجين. يجب أن يخزّن نوعًا ونقاط صحة، وأن يوفّر دالة getDescription() تعيد: Enemy: [type] with [health] HP

لا تنسَ تهيئة العدّاد الثابت لكل صنف.
main.cpp: اقرأ أربعة مدخلات (كلٌّ منها في سطر منفصل):
1. اسم اللاعب (سلسلة نصية)
2. مستوى اللاعب (عدد صحيح)
3. نوع العدو (سلسلة نصية)
4. نقاط صحة العدو (عدد صحيح)
أنشئ لاعبًا وعدوًا بالقيم المعطاة. ثم اعرض عمل المزجين:
1. اطبع Player count: [count] باستخدام الدالة الثابتة getCount()
2. اطبع Enemy count: [count]
3. استدعِ describe() للاعب
4. استدعِ describe() للعدو
5. أنشئ لاعبًا ثانيًا اسمه "Guest" ومستواه 1
6. اطبع Player count: [count] مرة أخرى لإظهار العدد المحدّث
7. استدعِ describe() للاعب الثاني

على سبيل المثال، باستخدام المدخلات Hero و10 وDragon و500:

Player count: 1
Enemy count: 1
Player: Hero (Level 10)
Enemy: Dragon with 500 HP
Player count: 2
Player: Guest (Level 1)

يوضح هذا التحدي كيف تضيف مزائج CRTP وظائف (العدّ والوصف) إلى أصناف غير مترابطة دون استخدام الدوال الافتراضية. يحصل كلٌّ من Player وEnemy على الإمكانات نفسها من خلال الوراثة من قوالب المزج نفسها، لكن لكلٍّ منهما عدّاد نسخ مستقل لأن القالب يُنشأ بأنواع مختلفة.

جرّب بنفسك

#include <iostream>
#include <string>
#include "Entities.h"

using namespace std;

int main() {
    // اقرأ المدخلات
    string playerName;
    int playerLevel;
    string enemyType;
    int enemyHealth;
    
    cin >> playerName;
    cin >> playerLevel;
    cin >> enemyType;
    cin >> enemyHealth;
    
    // TODO: أنشئ Player بالاسم والمستوى المحددين
    
    // TODO: أنشئ Enemy بالنوع والصحة المحددين
    
    // TODO: اطبع "Player count: [count]" باستخدام Player::getCount()
    
    // TODO: اطبع "Enemy count: [count]" باستخدام Enemy::getCount()
    
    // TODO: استدعِ describe() للاعب
    
    // TODO: استدعِ describe() للعدو
    
    // TODO: أنشئ لاعبًا ثانيًا بالاسم "Guest" والمستوى 1
    
    // TODO: اطبع "Player count: [count]" مرة أخرى
    
    // TODO: استدعِ describe() للاعب الثاني
    
    return 0;
}