[C++] フレームワークの設計で一つしか存在出来ないでかつ外部から参照出来ない処理を記述したい

Question

質問内容

以下のコードですがWindowContext()クラスは利用側ではインスタンスを生成出来なくて、フレームワーク側ではインスタンスを生成出来て参照出来るコードを設計したいです。

知りたいこと

条件：　利用側ではインスタンスを生成できない、クラスを参照出来ない、フレームワーク側ではインスタンスを生成出来る、クラスを参照出来る
行いたい実装：　windowContextクラスはフレームワーク側で一つだけインスタンスを生成生成してそれをIOやSpriteRendererなどのといったクラスで利用する場合での実装方法がわかりません。

現状

フレンドクラスを利用してフレンドのクラスしかインスタンスを生成出来ないようにしたのですが行いたいことを踏まえたコードの実装方法がわかりません。

Main.cpp

// Online C++ compiler to run C++ program online
#include <iostream>

class WindowContext
{
    
    public:
  //  static WindowContext *window;
  WindowContext *window;
  private:
    WindowContext()
    {
        std::cout<<"WindowContext"<<std::endl;
        window = this;
    }
    
    friend class IO;
};

//WindowContext *WindowContext::window = NULL;

class IO
{
    public:
    IO()
    {
        window = new WindowContext();
        
        std::cout<<window->window<<std::endl;
    }
    
    
    
    private:
    WindowContext *window;
};



int main() {
    //WindowContext::window = NULL;
    
    IO *io1  = new IO();
    IO *io2  = new IO();
    return 0;
}

Answer 1

IOやSpriteRendererなどのといったクラスで利用する

ためのインタフェースクラスを用意してはどうでしょうか．

• 「利用側」にはこのインタフェースクラスは公開するけど，その具体実装たるclass WindowContext は公開しない．
• あとは「利用側」に対して，例えば IWindowContext &GetWindowContext() のような実態取得手段を公開する．戻り値の型はインタフェースクラス（この例では IWindowContext という型名）だから，利用側はこれを IO や SpriteRenderer のメソッドへ引数として渡すくらいことくらいしかできない．

//利用側に公開するヘッダ IWindowContext.h
class IWindowContext
{
  virtual void XXX() = 0;  //IOとかから使うためのメソッド
};

IWindowContext &GetWindowContext();

//WindowContext.cpp

#include "IWindowContext.h"

namespace
{
  class WindowContext : public IWindowContext
  {
    virtual void XXX() override { ... }
  };

  WindowContext ContextInstance;  //これがインスタンス
}

IWindowContext &GetWindowContext()
{  return ContextInstance;  }

Comments

[fana]

※簡潔にするために，コード例にはアクセス指定子(publicとか)とか仮想デストラクタだとかは含めていない．

[fana]

WindowContextクラスを，どこかのcpp内の無名namespace内で定義することで，

> クラスを参照出来ない

を実現．

[fana]

この方法だと
【「利用側」で勝手に独自の IWindowContext の具体実装をこしらえて IO 等にぶちこむぜ！】
ということが可能ではある．
（それが利点か欠点かは考え方次第か？）

Answer 2

• フレームワーク側でWindowContextクラスのインスタンスを一つだけ生成し、そのインスタンスを他のクラスで利用できるようにするために、シングルトンパターンを適用して下さい。
• ユーザー側でインスタンスを生成できないようにするためには、WindowContextクラスのコンストラクタをプライベートにし、そのインスタンスを作成するためのパブリックな関数を用意して下さい。

下記に記述するコードによって解決されるかと思います。

#include <iostream>

class WindowContext
{
public:
    static WindowContext& getInstance()
    {
        static WindowContext instance;
        return instance;
    }

private:
    WindowContext()
    {
        std::cout << "WindowContext" << std::endl;
    }

    // コピーと代入を禁止
    WindowContext(const WindowContext&) = delete;
    WindowContext& operator=(const WindowContext&) = delete;
};

class IO
{
public:
    IO()
    {
        window = &WindowContext::getInstance();
        std::cout << window << std::endl;
    }

private:
    WindowContext* window;
};

int main()
{
    IO* io1 = new IO();
    IO* io2 = new IO();
    return 0;
}

Comments

[amagami]

ありがとうございます。質問ですがそもそもフレームワーク内部だけ利用するという物があるというコード設計はどうなのでしょうか？

[episteme]

「利用者には隠したい」という明確な意図があるなら構わんのでは?

[dameo]

以下個人的な意見(好み)です。

個人的にはデザインパターンを使用する場合、そうした制約を強制する意味合いよりも、設計意図を明確に見せる目的で使用することが多いと思います。ガチガチの設計をすると自由度も下がるので、個人的な好みとしては、最低限設計意図が伝わる程度、名前など申し訳程度にデザインパターンの呼称を使用するくらいで十分だと思っています。(privateコンストラクタをわざわざ書いたり、friendまで使ったりするアクセス指定は細かすぎると思う)

それとは別に、(僅かに速度を犠牲にしてでも)パッケージ境界部分はそれなりに結合を疎にすべきなので、「フレームワーク内部だけ利用するという物がある」ことは問題ないどころか、推奨されるはずです。