在Objective-C中对一组相互依赖的类进行子类化并确保类型安全

我已经实现了一个基本的图形类(不像“绘图”那样,而是像“网络”中那样！),这将用于基本的图形理论任务. (参见下面的摘要头文件片段)

除了通用图形功能外,它还实现了3D空间中节点定位的功能.这个扩展的3D功能我想分离成一个子类,导致：

>轻量级通用类(MyGenericGraph,
MyGenericGraphNode,MyGenericGraphEdge)
>重量较重的专用子类
(My3DGraph,My3DGraphNode,
My3DGraphEdge)

从理论上讲,到目前为止一切顺利.

问题：

我必须确保(并且最好在编译时)不能将通用的MyGenericGraphNodes添加到特定的My3DGraph中,因为它高度依赖于My3DGraphNode中添加的3D逻辑. (虽然通用MyGenericGraph根本不关心.)

核心问题很简单：我不能从MyGenericGraph中覆盖这些方法：

- (void)addNode:(MyGenericGraphNode *)aNode;
- (void)removeNode:(MyGenericGraphNode *)aNode;

在我的子类My3DGraph中使用这些方法：

- (void)addNode:(My3DGraphNode *)aNode;
- (void)removeNode:(My3DGraphNode *)aNode;

到目前为止,我已经提出了三个可能的解决方案,但在选择其中任何一个之前,我想听听他们的一些意见. (并希望在我的路上省去一些不可预见的麻烦)

我想知道是否还有另外一个优秀的解决方案或设计模式,我错过了？或者如果不是：我会选择哪种解决方案？
我很想听听你对此的看法.

可能的解决方案1

>添加一个抽象类MyAbstractGraph,它基本上与我当前MyGenericGraph实现的通用部分相同(见下文),但缺少任何节点添加/删除方法.然后,MyGenericGraph和My3DGraph将成为MyAbstractGraph的子类.虽然MyGenericGraph只实现缺少节点添加/删除方法,但My3DGraph将进一步实现所有3D空间功能.两者都需要各自的节点类类型. (同样适用于MyGenericGraphNode和MyGenericGraphEdge及其3D对应物)

这个解决方案的问题：它会给一个相当简单的问题增加大量的复杂性.
此外,由于My3DGraph应该能够处理My3DGraphNodes和MyGenericGraphNodes,我必须将MyGenericGraph的方法实现为：

- (void)addNode:(MyAbstractGraphNode *)aNode;`

但My3DGraph的方法如下：

- (void)addNode:(My3DGraphNode *)aNode;

同样,除了我的通用图形,它不会接受3d节点.这会不必要地暴露抽象类.

可能的解决方案2

真正简单的子类将MyGenericGraphNode / My3DGraphNode分配权移动到MyGenericGraph / My3DGraph中,得到类似于： – (MyGenericGraphNode *)newNode;,它将分配并返回正确类型的节点并立即将其添加到图形中.然后可以摆脱 – (void)addNode：(MyGenericGraphNode *)aNode;完全没有机会添加节点而不是从图本身内添加节点(从而确保适当的类成员资格).

这个解决方案的问题：虽然它不会给类增加任何值得注意的复杂性,但另一方面它会让我再次陷入同样的??困境,只要我说 – 想要为我的My3DGraph添加功能来移动一个节点从一个图形到另一个图形.一个类应该能够处理一个对象,无论是谁创建它以及为什么.

可能的解决方案3

真正简单的子类为3D节点添加专用方法并禁用泛型方法,如下所示：

- (void)addNode:(MyGenericGraphNode *)aNode {
    [self doesNotRecognizeSelector:_cmd];
}

- (void)add3DNode:(My3DGraphNode *)aNode {
    //bla
}

这个解决方案的问题：通用[a3DGraph addNode：aNode]方法仍会出现在Xcode的自动完成中,在编译时静默传递,但在运行时意外抛出异常.经常出现头痛.

可能的解决方案4

我的图的真实和简单的子类,只是节点和边的泛型类,但在节点类中有一个额外的ivar指针My3DUnit * dimensionUnit：默认为MyGraph的nil,它实现了所有的逻辑和属性,并为它提供了3D功能.节点类. My3DUnit可以简单地以静默方式创建(例如,位置(0,0))并附加到通用节点,以防它们被添加到3d图形中,从而使其兼容.反之亦然,如果将具有DL3DUnitgets的节点添加到通用图中,则只需将其保持连接并添加节点.

头文件

以下是我的类的(缩短的)标题：

@interface MyGraph : NSObject {
    // properties:
    NSMutableSet *nodes;
    //...

    //extended 3D properties:
double gravityStrength;
    //...
}
// functionality:
- (void)addNode:(MyGraphNode *)aNode;
- (void)removeNode:(MyGraphNode *)aNode;
//...

//extended 3D functionality:
- (double)kineticEnergy;
//...

@end

@interface MyGraphNode : NSObject { 
    // properties:
    MyGraph *graph;
    NSMutableSet *edges;
    //...

    //extended 3D properties:
    My3DVector position;
    //...
}
// properties:
@property (nonatomic,readonly) MyGraph *graph;
@property (nonatomic,readonly) NSSet *edges;
@property (nonatomic,readonly) NSSet *neighbors;
@property (nonatomic,readonly) NSUInteger degree;
//...

//extended 3D properties
@property (nonatomic,assign) My3DVector position;
//...

// functionality:
- (void)attachToGraph:(MyGraph *)aGraph;
- (void)detachFromGraph;
- (void)addNeighbor:(MyGraphNode *)aNode;
- (void)removeNeighbor:(MyGraphNode *)aNode;
- (BOOL)hasNeighbor:(MyGraphNode *)aNode;
- (NSSet *)neighbors;
- (NSUInteger)degree;
//...

//extended 3D functionality:
- (double)distanceToNode:(DLGraphNode *)aNode;
//...

@end

@interface MyGraphEdge : NSObject {
    // properties:
    MyGraphNode *predecessor;
    MyGraphNode *successor;
    //...
}

// properties:
@property (nonatomic,readonly) MyGraphNode *predecessor;
@property (nonatomic,readonly) MyGraphNode *successor;
//...

// functionality:
- (id)initWithPredecessorNode:(MyGraphNode *)predecessorNode successorNode:(MyGraphNode *)successorNode;
+ (MyGraphEdge *)edgeWithPredecessorNode:(MyGraphNode *)predecessorNode successorNode:(MyGraphNode *)successorNode;
- (BOOL)hasNeighbor:(MyGraphNode *)aNode;
- (BOOL)hasSuccessor:(MyGraphNode *)aNode;
- (BOOL)hasPredecessor:(MyGraphNode *)aNode;

@end

这基本上就是我的图表现在的实现方式.显然还有很多,但你应该明白这个想法.

(正如您可能已经注意到MyGenericGraphEdge目前没有实现3D空间功能,但它可能在未来,例如计算其中心点,例如,因此我将它包括在这里.)

[编辑：添加解决方案4灵感来自ughoavgfhw;修复了解决方案1中的错误,抱歉:(]