C++ で ruby 風 Mix-in

Ruby で一躍有名になった Mix-in ですが、元を辿れば単なる多重継承の良い利用方法にしか過ぎません。従って多重継承のある C++ ならば Mix-in が使えるはずです。

しかし、Ruby 風の Mix-in が単なる多重継承かというとそうではなくって、 Mix-in されるクラスのメソッドを、Mix-in するモジュールから呼び出していたりします。（例えば標準ライブラリのEnumerable。このモジュールを each というメソッドを持つクラスに Mix-in すると、ソート・検索などの機能がごっそり追加されます。）

静的型システムに支配された C++ 上では、単純な多重継承では実現できません。ある種の「仕組み」が必要になります。

Mix-in のおさらい

Ruby では Mix-in する側のクラスを「モジュール」と呼び、以下のような制約を加えています。

モジュールのインスタンスは作れない
モジュールのサブクラスは作れない

このようにすることで、Mix-in モジュールを継承木から締め出し、多重継承のデメリットを封じこめているわけです。

作戦1:コンストラクタで this ポインタ渡し

一つの方法として、モジュールのMix-in 先へのポインタをコンストラクタでメンバ変数に取る作戦があります。

#include <iostream>
using namespace std;

/**
 * @brief  Mixin Class
 *
 * @note
 *  このMixinモジュールは、getNumber()メンバを持つクラスに対して
 *  printHex, printDec, printOct 機能を提供する。
 */
template <class Target>
class Mixin 
{
    Target    * m_target;

public:
    Mixin( Base * self ) : m_target(self) {}

    void printDec( void )
    {
        cout << "value =" << m_target->getNumber() << " [D]" << endl;
    }

    void printOct( void )
    {
        cout << "value =" << oct << m_target->getNumber() << " [O]" << endl;
    }

    void printHex( void )
    {
        cout << "value =" << hex << m_target->getNumber() << " [H]" << endl;
    }
};

/**
 * @brief BaseClass
 */
class Base
{
public:
    int getNumber( void )
    {
        return 255;
    }
};

/**
 * @brief SubClass (Mixed-class)
 */
class Sub : public Base, public Mixin<Base>
{
public:
    Sub( void ) : Mixin<Base>(this) {}
};

int main( void )
{
    Sub     obj;

    // Mix-in 機能を使う
    obj.printDec();
    obj.printOct();
    obj.printHex();

    return 0;
}

継承イメージとしては Ruby の Mix-in に一番近いのですが、 Mix-in先のコンストラクタで、Mix-inモジュールのコンストラクタに this ポインタを渡さなければならないという、ちょっと格好悪いことが必要です。

作戦2: 組み込み先クラスを Mix-inモジュールが継承する

コンストラクタで this ポインタを渡すという泥臭いことをしたくないならこちらのパターン。

#include <iostream>
using namespace std;

/**
 * @brief  Mixin Class
 *
 * @note
 *  このMixinモジュールは、getNumber()メンバを持つクラスに対して
 *  printHex, printDec, printOct 機能を提供する。
 */
template <class Target>
class Mixin : public Target
{
public:
    void printDec( void )
    {
        cout << "value =" << Target::getNumber() << " [D]" << endl;
    }

    void printOct( void )
    {
        cout << "value =" << oct << Target::getNumber() << " [O]" << endl;
    }

    void printHex( void )
    {
        cout << "value =" << hex << Target::getNumber() << " [H]" << endl;
    }
};

/**
 * @brief BaseClass
 */
class Base
{
public:
    int getNumber( void )
    {
        return 255;
    }
};


/**
 * @brief SubClass (Mixed Class)
 */
typedef class Mixin<Base> Sub;        // 明示的特殊化

特殊化したMix-inテンプレートに typedef で名前を与えています。尚、Baseクラスと main関数は、作戦1 と全く同じです。 Mix-inモジュールの定義と Mixの方法のみが違います。

int main( void )
{
    Sub;        obj;

    // Mix-in 機能を使う
    obj.printDec();
    obj.printOct();
    obj.printHex();

    return 0;
}

この方法は、エレガントかつシンプルに Mix-in を実行できるのですが、多重継承が単一継承に変換される形になります。 Mix-in の特徴を上手く利用しているとも言えますが、Mix-in のメンタルモデルとは少々乖離しているので「トリッキー」な印象を受けます。（既に多重継承の利用法・・からは逸脱しています）

ただ、Mix-in するモジュールが増えると、ネストしたテンプレートになってちょっと気持ち悪い面はあります。

Mix-in は使えるか

結論としては、あんまり使いどころがないような気がします。普通に所有オブジェクトに委譲とか Strategy とかしても全然 OK。

Mix-in がおいしいのは、委譲コード（委譲するオブジェクトに転送するコード）をプログラマが手で書かなくてすむことですが、例えば Mix-in して出来た似たようなモノを統一的に扱うインターフェイスが欲しい・・なんてときには、それを通す手間が、Strategy の手間と大して変わらないからトリッキーな割には嬉しくない、なんて状況に陥りがちです。

ここぞ！、と活躍するシーンでは威力を発揮するのでしょうが、それに遭遇する率はなかなか低い気がします。