使用 std::variant 强制使用通用接口，无需继承

假设你有一些类似的课程Circle, Image, Polygon为此，您需要强制执行一个如下所示的通用接口（不是真正的代码）：

struct Interface {
    virtual bool hitTest(Point p) = 0;
    virtual Rect boundingRect() = 0;
    virtual std::string uniqueId() = 0;
}

例如Circle班级想要：

struct Circle {
    // interface
    bool hitTest(Point p) override;
    Rect boundingRect() override;
    std::string uniqueId() override;
    
    double radius() const;
    Point center() const;
    // other stuff
}

我想用std::variant<Circle, Image, Polygon>将我的类的实例存储在std::vector然后像这样使用它：

using VisualElement = std::variant<Circle, Image, Polygon>;

std::vector<VisualElement> elements;
VisualElement circle = MakeCircle(5, 10);
VisualElement image = MakeImage("path_to_image.png");

elements.push_back(circle);
elements.push_back(image);
auto const &firstElement  = elements[0];
std::cout << firstElement.uniqueId() << std::endl;

使用继承，我可以通过创建一个基类来做到这一点，然后我的每个类都将成为基类的子类（显然，如果派生类没有实现该程序将无法编译的接口）。然后，我可以使用智能指针将实例存储在向量中，而不是使用变体（例如std::vector<std::unique_ptr<BaseElement>>）。我想避免这种情况，所以我想知道使用以下命令强制执行相同设计的最佳方法（如果有的话）是什么std::variant和 C++20。

首先要做的是定义一个concept确保给定类型具有您想要的接口。有很多方法可以做到这一点，例如，您可以让类型继承自BaseElement，然后写：

template<typename T>
concept VisualElementInterface = std::is_base_of_v<BaseElement, T>;

如果您不想使用继承，您可以编写自己的检查T具有所需的接口。

创建概念后，您可以为std::variant将其所持有的允许类型限制为满足该概念的类型：

template<VisualElementInterface... Ts>
using VisualElementVariant = std::variant<Ts...>;

然后你可以声明：

using VisualElement = VisualElementVariant<Circle, Image, Polygon>;

请注意，您不能使用.uniqueId() on a std::variant。但是，您可以编写一个自由函数来获取 a 中包含的元素的 IDVisualElement:

auto uniqueId(const VisualElement& element) {
    return std::visit([](auto&& el){ return el.uniqueId(); }, element);
}

并像这样使用它：

std::cout << uniqueId(firstElement) << '\n';