如何在c++中实现一个简单的依赖注入容器？ (IoC设计模式)

最小可用C++依赖注入容器需管理类型生命周期并解析构造依赖链，通过模板+类型擦除（std::function/std::any）绕过无RTTI限制，支持单例/瞬态模式及循环依赖检测。

依赖注入容器的核心要做什么

一个最小可用的 C++ 依赖注入容器，本质是管理类型生命周期 + 解决构造依赖链。它不一定要支持 XML 配置或反射，关键是能用代码注册类型、按需创建实例，并自动把依赖（比如 ServiceA 依赖 Repository）传进去。

难点不在“注入”本身，而在如何绕过 C++ 没有运行时类型信息（RTTI）和原生反射的限制——所以得靠模板 + 类型擦除 + 工厂函数组合实现。

用 std::function + std::any 存储工厂

不能直接存裸指针或 std::unique_ptr，因为类型 T 在注册时未知。需要用类型擦除手段统一接口：

• 注册时传入一个 std::function<:unique_ptr>()> 工厂，返回 void* 级别指针，靠调用方自己 static_cast
• 或者更安全一点：用 std::any 包裹工厂，再用模板封装注册接口，把类型擦除细节藏起来
• 避免用 dynamic_cast 或 RTTI 判断类型，性能差且不可靠；std::any 的 type() 可用于运行时校验，但不是主要逻辑分支

template
void register_type() {
    factories_[typeid(T)] = []() -> std::unique_ptr {
        return std::make_unique();
    };
}

解决构造参数依赖：递归解析模板参数

如果 ServiceB 构造函数是 ServiceB(std::shared_ptr, std::shared_ptr)，容器就得在创建时自动提供这两个依赖。C++ 没法在运行时读取构造函数签名，所以必须靠编译期推导：

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• 用可变参数模板 + std::make_shared 组合，逐个解析 T 的构造函数参数类型
• 每个参数类型都调用一次 resolve()，递归获取实例
• 注意循环依赖：两个类互相 std::shared_ptr 构造对方 → 必须检测 resolving_ 集合，抛异常或返回 nullptr
• 不支持原始指针或值类型参数（如 int port），除非显式绑定常量

template
std::shared_ptr resolve() {
    if (resolving_.count(typeid(T))) {
        throw std::runtime_error("circular dependency for " + std::string(typeid(T).name()));
    }
    resolving_.insert(typeid(T));
    auto ptr = std::shared_ptr(static_cast(create_instance().release()));
    resolving_.erase(typeid(T));
    return ptr;
}

生命周期管理：singleton vs transient

默认每次 resolve() 都新建实例（transient），但多数服务需要单例（singleton）。关键不是“全局唯一”，而是“容器内唯一”：

• 用 std::unordered_map<:type_info const std::shared_ptr>> 缓存已创建的 singleton 实例
• 注册时加标记：register_singleton()，内部走缓存分支；register_transient() 每次 new
• 注意 std::shared_ptr 无法直接转型，得用 std::static_pointer_cast，所以缓存前要先转成具体类型再存为 void 指针
• 析构顺序难控制：singleton 实例随容器销毁，但若其他静态对象依赖它，可能触发 use-after-free —— 所以建议所有依赖都通过 resolve() 获取，不要存裸指针

真正麻烦的不是写出来，而是当 resolve() 报错时，堆栈里全是模板展开层，错误信息里连哪个参数没注册都看不清。调试时得靠日志打点 + 类型名字符串化辅助定位。