如何通过流插入运算符调用成员函数？

Question

使用启用了C++ 11的gcc 4.8,我有一个这样的类:

class OutStream {
public:
    OutStream& operator<<(const char* s);
    OutStream& operator<<(int n);
    OutStream& operator<<(unsigned int n);
    // ...
    OutStream& vformat(const char* fmt, __VALIST args);
    OutStream& format(const char* fmt, ...);
};

当我通过直接调用运算符来使用此类时,它按预期工作:

OutStream out;
out.operator<<(1).format(" formatted %04X ", 2).operator<<("3\n");

输出:

1 formatted 0002 3

现在,我想得到相同的输出,但通过使用<<流式表示法,可能是这样的:

OutStream out;
out << 1 << format(" formatted %04X ", 2) << "3\n";

当然,这不会编译,因为没有这样的运算符用于流式传输我的OutStream.format()方法.

可能有一个解决方案,其中format()一个返回字符串的自由函数,但这需要首先将所有输出写入format()缓冲区.我需要一个没有std::string或其他堆或缓冲区使用的解决方案 - 最好是一个解决方案,它创建的代码几乎与直接调用运算符时相同.

有什么建议？

编辑,2014-10-20:

• 为了更好地理解我的要求:我使用gcc-arm-embedded gcc交叉工具链进行裸机嵌入式开发.
• 我需要将解决方案应用于一些不同的嵌入式目标系统(大多数是Cortex-M0/M3/M4).其中一些资源非常有限(Ram和Flash),我的目标系统的一部分必须在没有任何堆使用的情况下运行.
• 出于某些原因,我没有使用Stl iostream.但是,iostream标签已由seh编辑设置; 由于主题匹配我会保持设置,我的问题的找到解决方案也可能适用Stl iostream.

Answer 1

使用C++ 14 index_sequence(SO上有一百万种不同的实现):

template <typename...Ts>
class formatter {
    const char* fmt_;
    std::tuple<Ts...> args_;

    template <std::size_t...Is>
    void expand(OutStream& os, std::index_sequence<Is...>) && {
        os.format(fmt_, std::get<Is>(std::move(args_))...);
    }

public:
    template <typename...Args>
    formatter(const char* fmt, Args&&...args) :
        fmt_{fmt}, args_{std::forward<Args>(args)...} {}

    friend OutStream& operator << (OutStream& os, formatter&& f) {
        std::move(f).expand(os, std::index_sequence_for<Ts...>{});
        return os;
    }
};

template <typename...Args>
formatter<Args&&...> format(const char* fmt, Args&&...args) {
    return {fmt, std::forward<Args>(args)...};
}

DEMO

编译器应该能够轻松地内联formatter和删除临时对象的操作.确实这个功能:

void test_foo() {
    OutStream out;
    out << 1 << format(" formatted %04X ", 2) << "3\n";
}

结果汇编(g ++ 4.9.0 -std = c ++ 1y -O3定位x64):

.LC0:
    .string " formatted %04X "
.LC1:
    .string "3\n"
test_foo():
    pushq   %rbx
    movl    $1, %esi
    subq    $16, %rsp
    leaq    15(%rsp), %rdi
    call    OutStream::operator<<(int)
    movl    $2, %edx
    movl    $.LC0, %esi
    movq    %rax, %rbx
    movq    %rax, %rdi
    xorl    %eax, %eax
    call    OutStream::format(char const*, ...)
    movq    %rbx, %rdi
    movl    $.LC1, %esi
    call    OutStream::operator<<(char const*)
    addq    $16, %rsp
    popq    %rbx
    ret

所以一切都正确内联; formatter生成的代码中没有任何痕迹.