Object 类模板实例仅限于预定义的对象

我想要一个类模板

模板形状

，其中模板参数

N

表示

形状

的维度。预定义的

形状

的数量应该有限，例如

形状正方形

、

形状立方体

和

形状球体

。将来我可能会添加更多预定义的

Shape

s

我只希望

Shape

对象可以构造为任何预定义的

Shape

s。由于这些预定义的

Shape

s的属性始终保持不变，因此最好只存储一次，并让新的

Shape

对象引用它们

目前，我有以下实现：

// Flag for the possible shapes
enum class Tag
{
    SPHERE,
    CUBE,
    SQUARE
};

template<std::size_t N>
class Shape
{
public:
    // Predefined shapes.
    static const Shape<3> SPHERE;
    static const Shape<3> CUBE;
    static const Shape<2> SQUARE;
    // Information stored about the given shapes
    const Tag tag; // tag specifying the shape
    const double v; // Shape volume/area
    const std::array<double, 2*N> surrounding_box; // Storing intervals for a surrounding box
    //... Some other information that depends on template parameter N
private:
    // Private constructor. This prevents other, unintended shapes from being created
    Shape(Tag tag, double v, const std::array<double, 2*N> surrounding_box):
            tag{tag}, v {v}, surrounding_box {surrounding_box} {};
};

// Initialization of predefined shape: SPHERE
template<std::size_t N>
const Shape<3> Shape<N>::SPHERE(Tag::SPHERE, 3.0,{{0.0,2.7,0.0,2.7,0.0,2.7}});

// Initialization of predefined shape: CUBE
template<std::size_t N>
const Shape<3> Shape<N>::CUBE(Tag::CUBE, 1.0,{{0.0,1.0,0.0,1.0,0.0,1.0}});

// Initialization of predefined shape: SQUARE
template<std::size_t N>
const Shape<2> Shape<N>::SQUARE(Tag::SQUARE, 1.0,{{0.0,1.0,0.0,1.0}});

//可能形状的标志
枚举类标记
{
球
立方体
广场
};
样板
阶级形态
{
公众：
//预定义的形状。
静态常形球；
静态恒形立方体；
静态恒形正方形；
//存储的有关给定形状的信息
const Tag Tag；//指定形状的标记
常数双v；//形状体积/面积
const std:：array around_box；//存储周围框的间隔
//…依赖于模板参数N的其他一些信息
私人：
//私有构造函数。这可以防止创建其他非预期形状
形状（标签、双v、常数标准：：环绕在盒子周围的阵列）：
tag{tag}，v{v}，包围盒{包围盒}{}；
};
//预定义形状的初始化：球体
样板
const-Shape：：SPHERE（标记：：SPHERE，3.0，{{0.0,2.7,0.0,2.7,0.0,2.7}）；
//预定义形状的初始化：立方体
样板
const-Shape-Shape:：CUBE（标记：：CUBE，1.0，{{0.0,1.0,0.0,1.0,0.0,1.0}）；
//预定义形状的初始化：方形
样板
constshape：：SQUARE（标记：：SQUARE，1.0，{0.0,1.0,0.0,1.0}）；

此实现有几个问题：

• Shape

  的每个实例都包含所有预定义的

  Shape

  s（如的注释中所指出）
• 在创建的每个

  Shape

  实例之前，将复制预定义的

  Shape

  s的内容
• 即使是

  形状

  对象也包含

  形状正方形

我想知道实现上述目标的更好的设计模式是什么。

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我正在考虑使用

标记作为构造函数参数，并使用某种工厂。但是，由于模板的复杂性以及我只希望预定义的
形状可以构造的事实，我在获得正确的实现细节方面遇到了问题。
工厂模式是您所需要的。它将实例的创建委托给另一个类

实现它有多种方法，您可以根据问题的复杂性选择抽象级别

这里有一个基本的例子

template<std::size_t N>
class Shape
{
    friend class ShapeFactory;
public:
    // Information stored about the given shapes
    const Tag tag; // tag specifying the shape
    const double v; // Shape volume/area
    const std::array<double, 2*N> surrounding_box; // Storing intervals for a surrounding box
    //... Some other information that depends on template parameter N
private:
    // Private constructor. This prevents other, unintended shapes from being created
    Shape(Tag tag, double v, const std::array<double, 2*N> surrounding_box):
            tag{tag}, v {v}, surrounding_box {surrounding_box} {};
};

class ShapeFactory
{
public:
    // return value optimization
    static Shape<3> createSphere()
    {
        return Shape<3>(Tag::SPHERE, 3.0,{{0.0,2.7,0.0,2.7,0.0,2.7}});
    }

    static Shape<3> createCube()
    {
        return Shape<3>(Tag::CUBE, 1.0,{{0.0,1.0,0.0,1.0,0.0,1.0}});
    }

    static Shape<2> createSquare()
    {
        return Shape<2>(Tag::SQUARE, 1.0,{{0.0,1.0,0.0,1.0}});
    }
};

模板
阶级形态
{
友元类形状因子；
公众：
//存储的有关给定形状的信息
const Tag Tag；//指定形状的标记
常数双v；//形状体积/面积
const std:：array around_box；//存储周围框的间隔
//…依赖于模板参数N的其他一些信息
私人：
//私有构造函数。这可以防止创建其他非预期形状
形状（标签、双v、常数标准：：环绕在盒子周围的阵列）：
tag{tag}，v{v}，包围盒{包围盒}{}；
};
类形状因子
{
公众：
//收益值优化
静态形状createSphere（）
{
返回形状（标记：：SPHERE，3.0，{{0.0,2.7,0.0,2.7,0.0,2.7}）；
}
静态形状createCube（）
{
返回形状（标记：：立方体，1.0，{{0.0,1.0,0.0,1.0,0.0,1.0}）；
}
静态形状createSquare（）
{
返回形状（标记：：SQUARE，1.0，{{0.0,1.0,0.0,1.0}）；
}
};

因为这些预定义形状的属性保持不变
时间，最好只存储一次，并且
新的形状对象引用它们

如果您严格地想要使用这种方法，您可以参考原型模式