键入擦除类型擦除,"任何"问题？

Question

所以,假设我想使用类型擦除键入erase.

我可以为支持自然的变体创建伪方法:

pseudo_method print = [](auto&& self, auto&& os){ os << self; };

std::variant<A,B,C> var = // create a variant of type A B or C

(var->*print)(std::cout); // print it out without knowing what it is

我的问题是,如何将其扩展为std::any？

它不能在"原始"中完成.但是在我们分配给/构建一个std::any我们需要的类型信息时.

所以,从理论上讲,增强了any:

template<class...OperationsToTypeErase>
struct super_any {
  std::any data;
  // or some transformation of OperationsToTypeErase?
  std::tuple<OperationsToTypeErase...> operations;
  // ?? what for ctor/assign/etc?
};

可以某种方式自动重新绑定一些代码,以便上述类型的语法可以工作.

理想情况下,它与使用变体的情况一样简洁.

template<class...Ops, class Op,
  // SFINAE filter that an op matches:
  std::enable_if_t< std::disjunction< std::is_same<Ops, Op>... >{}, int>* =nullptr
>
decltype(auto) operator->*( super_any<Ops...>& a, any_method<Op> ) {
  return std::get<Op>(a.operations)(a.data);
}

现在我可以保持这种类型,但合理地使用lambda语法来保持简单吗？

理想情况下我想:

any_method<void(std::ostream&)> print =
  [](auto&& self, auto&& os){ os << self; };

using printable_any = make_super_any<&print>;

printable_any bob = 7; // sets up the printing data attached to the any

int main() {
  (bob->*print)(std::cout); // prints 7
  bob = 3.14159;
  (bob->*print)(std::cout); // prints 3.14159
}

或类似的语法.这不可能吗？不可行？简单？

Answer 1

这是一个使用C++ 14的解决方案boost::any,因为我没有C++ 17编译器.

我们最终得到的语法是:

const auto print =
  make_any_method<void(std::ostream&)>([](auto&& p, std::ostream& t){ t << p << "\n"; });

super_any<decltype(print)> a = 7;

(a->*print)(std::cout);

这几乎是最佳的.我认为简单的C++ 17更改应该如下所示:

constexpr any_method<void(std::ostream&)> print =
  [](auto&& p, std::ostream& t){ t << p << "\n"; };

super_any<&print> a = 7;

(a->*print)(std::cout);

在C++ 17中,我通过auto*...指向any_method而不是decltype噪声来改进这一点.

公开继承了any是有点冒险,因为如果有人采取any关闭顶部和修改它的tuple的any_method_data会过时的.可能我们应该模仿整个any界面而不是公开继承.

@dyp在对OP的评论中写了一个概念证明.这是基于他的工作,清理了添加的价值语义(被盗boost::any).@ cpplearner的基于指针的解决方案用于缩短它(谢谢!),然后我在其上添加了vtable优化.

首先我们使用标签来传递类型:

template<class T>struct tag_t{constexpr tag_t(){};};
template<class T>constexpr tag_t<T> tag{};

此特征类获取存储的签名any_method:

这创建了一个函数指针类型,以及所述函数指针的工厂,给出了any_method:

template<class any_method, class Sig=any_sig_from_method<any_method>>
struct any_method_function;

template<class any_method, class R, class...Args>
struct any_method_function<any_method, R(Args...)>
{
  using type = R(*)(boost::any&, any_method const*, Args...);
  template<class T>
  type operator()( tag_t<T> )const{
    return [](boost::any& self, any_method const* method, Args...args) {
      return (*method)( boost::any_cast<T&>(self), decltype(args)(args)... );
    };
  }
};

现在我们不希望在我们的每个操作中存储一个函数指针super_any.所以我们将函数指针捆绑到一个vtable中:

template<class...any_methods>
using any_method_tuple = std::tuple< typename any_method_function<any_methods>::type... >;

template<class...any_methods, class T>
any_method_tuple<any_methods...> make_vtable( tag_t<T> ) {
  return std::make_tuple(
    any_method_function<any_methods>{}(tag<T>)...
  );
}

template<class...methods>
struct any_methods {
private:
  any_method_tuple<methods...> const* vtable = 0;
  template<class T>
  static any_method_tuple<methods...> const* get_vtable( tag_t<T> ) {
    static const auto table = make_vtable<methods...>(tag<T>);
    return &table;
  }
public:
  any_methods() = default;
  template<class T>
  any_methods( tag_t<T> ): vtable(get_vtable(tag<T>)) {}
  any_methods& operator=(any_methods const&)=default;
  template<class T>
  void change_type( tag_t<T> ={} ) { vtable = get_vtable(tag<T>); }

  template<class any_method>
  auto get_invoker( tag_t<any_method> ={} ) const {
    return std::get<typename any_method_function<any_method>::type>( *vtable );
  }
};

我们可以专门针对vtable很小的情况(例如,1项),并在这些情况下使用存储在类中的直接指针以提高效率.

现在我们开始了super_any.我super_any_t用来使声明super_any更容易一些.

template<class...methods>
struct super_any_t;

这会搜索超级支持SFINAE的方法:

template<class super_any, class method>
struct super_method_applies : std::false_type {};

template<class M0, class...Methods, class method>
struct super_method_applies<super_any_t<M0, Methods...>, method> :
    std::integral_constant<bool, std::is_same<M0, method>{}  || super_method_applies<super_any_t<Methods...>, method>{}>
{};

这是print我们全局创建的伪方法指针const.

我们将构造它的对象存储在内部any_method.请注意,如果使用非lambda构造它,则可能会出现毛病,因为其类型将any_method用作分派机制的一部分.

template<class Sig, class F>
struct any_method {
  using signature=Sig;

private:
  F f;
public:

  template<class Any,
    // SFINAE testing that one of the Anys's matches this type:
    std::enable_if_t< super_method_applies< std::decay_t<Any>, any_method >{}, int>* =nullptr
  >
  friend auto operator->*( Any&& self, any_method const& m ) {
    // we don't use the value of the any_method, because each any_method has
    // a unique type (!) and we check that one of the auto*'s in the super_any
    // already has a pointer to us.  We then dispatch to the corresponding
    // any_method_data...

    return [&self, invoke = self.get_invoker(tag<any_method>), m](auto&&...args)->decltype(auto)
    {
      return invoke( decltype(self)(self), &m, decltype(args)(args)... );
    };
  }
  any_method( F fin ):f(std::move(fin)) {}

  template<class...Args>
  decltype(auto) operator()(Args&&...args)const {
    return f(std::forward<Args>(args)...);
  }
};

我认为,C++中不需要的工厂方法17

template<class Sig, class F>
any_method<Sig, std::decay_t<F>>
make_any_method( F&& f ) {
    return {std::forward<F>(f)};
}

这是增强的any.它既是一个any,它带有一堆类型擦除函数指针,只要包含它们就会改变any:

template<class... methods>
struct super_any_t:boost::any, any_methods<methods...> {
private:
  template<class T>
  T* get() { return boost::any_cast<T*>(this); }

public:
  template<class T,
    std::enable_if_t< !std::is_same<std::decay_t<T>, super_any_t>{}, int>* =nullptr
  >
  super_any_t( T&& t ):
    boost::any( std::forward<T>(t) )
  {
    using dT=std::decay_t<T>;
    this->change_type( tag<dT> );
  }

  super_any_t()=default;
  super_any_t(super_any_t&&)=default;
  super_any_t(super_any_t const&)=default;
  super_any_t& operator=(super_any_t&&)=default;
  super_any_t& operator=(super_any_t const&)=default;

  template<class T,
    std::enable_if_t< !std::is_same<std::decay_t<T>, super_any_t>{}, int>* =nullptr
  >
  super_any_t& operator=( T&& t ) {
    ((boost::any&)*this) = std::forward<T>(t);
    using dT=std::decay_t<T>;
    this->change_type( tag<dT> );
    return *this;
  }  
};

因为我们将any_methods 存储为const对象,这使得super_any更容易:

template<class...Ts>
using super_any = super_any_t< std::remove_const_t<std::remove_reference_t<Ts>>... >;

测试代码:

const auto print = make_any_method<void(std::ostream&)>([](auto&& p, std::ostream& t){ t << p << "\n"; });
const auto wprint = make_any_method<void(std::wostream&)>([](auto&& p, std::wostream& os ){ os << p << L"\n"; });

const auto wont_work = make_any_method<void(std::ostream&)>([](auto&& p, std::ostream& t){ t << p << "\n"; });

struct X {};
int main()
{
  super_any<decltype(print), decltype(wprint)> a = 7;
  super_any<decltype(print), decltype(wprint)> a2 = 7;

  (a->*print)(std::cout);

  (a->*wprint)(std::wcout);

  // (a->*wont_work)(std::cout);

  double d = 4.2;
  a = d;

  (a->*print)(std::cout);
  (a->*wprint)(std::wcout);

  (a2->*print)(std::cout);
  (a2->*wprint)(std::wcout);

  // a = X{}; // generates an error if you try to store a non-printable
}

实例.

当我尝试在struct X{};内部存储不可打印时出现的错误消息super_any似乎至少在clang上是合理的:

main.cpp:150:87: error: invalid operands to binary expression ('std::ostream' (aka 'basic_ostream<char>') and 'X')
const auto x0 = make_any_method<void(std::ostream&)>([](auto&& p, std::ostream& t){ t << p << "\n"; });

这种情况发生在您尝试分配X{}到的时刻super_any<decltype(x0)>.

它的结构any_method与pseudo_method它们可能合并的变体类似地起作用.

我在这里使用了一个手动vtable来保持类型擦除开销为每个指针1个super_any.这会为每个any_method调用添加重定向成本.我们可以super_any非常容易地直接存储指针,并且将参数设置为不难super_any.无论如何,在1擦除方法的情况下,我们应该直接存储它.

两个any_method相同类型的不同(例如,两个都包含一个函数指针)产生相同的类型super_any.这会导致查找问题.

区分它们有点棘手.如果我们改变了super_any要采取的auto* any_method,我们可以将所有相同类型的any_methods 捆绑在vtable元组中,然后在有超过1的情况下对匹配指针进行线性搜索.线性搜索应由编译器优化掉,除非你正在做一些疯狂的事情,比如传递一个引用或指向any_method我们正在使用的特定内容.

然而,这似乎超出了这个答案的范围; 现在这种改进的存在已经足够了.

另外,->*可以添加在左侧使用指针(或甚至引用!)的a,让它检测到并将其传递给lambda.这可以使它成为真正的"任何方法",因为它适用于使用该方法的变体,super_anys和指针.

通过一些if constexpr工作,lambda可以分支在每种情况下进行ADL或方法调用.

这应该给我们:

(7->*print)(std::cout);

((super_any<&print>)(7)->*print)(std::cout); // C++17 version of above syntax

((std::variant<int, double>{7})->*print)(std::cout);

int* ptr = new int(7);
(ptr->*print)(std::cout);

(std::make_unique<int>(7)->*print)(std::cout);
(std::make_shared<int>(7)->*print)(std::cout);

与any_method只是"做正确的事"(这是喂养的值std::cout <<).

Answer 2

这是我的解决方案.它看起来比Yakk短,并且不使用std::aligned_storage和放置新的.它还支持有状态和局部仿函数(这意味着它可能永远不可能写super_any<&print>,因为它print可能是一个局部变量).

any_method:

template<class F, class Sig> struct any_method;

template<class F, class Ret, class... Args> struct any_method<F,Ret(Args...)> {
  F f;
  template<class T>
  static Ret invoker(any_method& self, boost::any& data, Args... args) {
    return self.f(boost::any_cast<T&>(data), std::forward<Args>(args)...);
  }
  using invoker_type = Ret (any_method&, boost::any&, Args...);
};

make_any_method:

template<class Sig, class F>
any_method<std::decay_t<F>,Sig> make_any_method(F&& f) {
  return { std::forward<F>(f) };
}

super_any:

template<class...OperationsToTypeErase>
struct super_any {
  boost::any data;
  std::tuple<typename OperationsToTypeErase::invoker_type*...> operations = {};

  template<class T, class ContainedType = std::decay_t<T>>
  super_any(T&& t)
    : data(std::forward<T>(t))
    , operations((OperationsToTypeErase::template invoker<ContainedType>)...)
  {}

  template<class T, class ContainedType = std::decay_t<T>>
  super_any& operator=(T&& t) {
    data = std::forward<T>(t);
    operations = { (OperationsToTypeErase::template invoker<ContainedType>)... };
    return *this;
  }
};

运营商 - >*:

template<class...Ops, class F, class Sig,
  // SFINAE filter that an op matches:
  std::enable_if_t< std::disjunction< std::is_same<Ops, any_method<F,Sig>>... >{}, int> = 0
>
auto operator->*( super_any<Ops...>& a, any_method<F,Sig> f) {
  auto fptr = std::get<typename any_method<F,Sig>::invoker_type*>(a.operations);
  return [fptr,f, &a](auto&&... args) mutable {
    return fptr(f, a.data, std::forward<decltype(args)>(args)...);
  };
}

用法:

#include <iostream>
auto print = make_any_method<void(std::ostream&)>(
  [](auto&& self, auto&& os){ os << self; }
);

using printable_any = super_any<decltype(print)>;

printable_any bob = 7; // sets up the printing data attached to the any

int main() {
  (bob->*print)(std::cout); // prints 7
  bob = 3.14159;
  (bob->*print)(std::cout); // prints 3.14159
}

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