在编译时使用模板填充运行时数据

Question

我有一个特定的情况，我想在编译时准备一些运行时结构，而不需要复制代码。

我有两个结构，用于在编译时为我编写的编译器注册一些类型：

using TypeID = u8;

template<typename T, typename TYPE_ID, TYPE_ID I>
struct TypeHelper
{
  static constexpr TYPE_ID value = std::integral_constant<TYPE_ID, I>::value;
};

template<typename T> struct Type : TypeHelper<T, u8, __COUNTER__> { static_assert(!std::is_same<T,T>::value, "Must specialize for type!"); };

这些用于配置标头中的宏，该宏专门针对我需要的多种类型 Type<T>：

using type_size = unsigned char;

#define GET_NTH_MACRO(_1,_2,_3, NAME,...) NAME
#define REGISTER_TYPE(...) GET_NTH_MACRO(__VA_ARGS__, REGISTER_TYPE3, REGISTER_TYPE2, REGISTER_TYPE1)(__VA_ARGS__)

#define REGISTER_TYPE1(_TYPE_) REGISTER_TYPE2(_TYPE_, _TYPE_)

#define REGISTER_TYPE2(_TYPE_,_NAME_) \
constexpr TypeID TYPE_##_NAME_ = __COUNTER__; \
template<> struct Type<_TYPE_> : TypeHelper<_TYPE_, type_size, TYPE_##_NAME_> { \
  static constexpr const char* name = #_NAME_; \
};

REGISTER_TYPE(void)
REGISTER_TYPE(s64)
REGISTER_TYPE(s32)

让这些扩展为

constexpr TypeID TYPE_void = 2; 
template<> struct Type<void> : TypeHelper<void, type_size, TYPE_void> { static constexpr const char* name = "void"; };

constexpr TypeID TYPE_s64 = 3; 
template<> struct Type<s64> : TypeHelper<s64, type_size, TYPE_s64> { static constexpr const char* name = "s64"; };

constexpr TypeID TYPE_s32 = 4;
template<> struct Type<s32> : TypeHelper<s32, type_size, TYPE_s32> { static constexpr const char* name = "s32"; };

这工作正常，但编译器还需要一些关于这些类型的运行时信息，所以除此之外我必须定义一些辅助函数，如

static TypeID typeForIdent(const std::string& name);
static const char* nameForType(TypeID type);
static void mapTypeName(TypeID type, const std::string& name);

inline bool isSigned(TypeID type)
{
  return type == Type<s8>::value || type == Type<s16>::value ||
  type == Type<s32>::value || type == Type<s64>::value;
}

和类似的功能。

这些函数必须在没有模板参数的情况下工作，因此TypeID 必须是一个普通参数。但我需要在单独的代码部分中初始化此类数据，例如：

mapTypeName(Type<s32>::value, "s32");

使用静态std::unordered_map<TypeID, std::string>。当然，这也意味着当大部分信息在编译时通过类型定义已经可用时，我必须维护两倍的代码。

我想知道是否有一些我缺少的晦涩技巧可以合并这些，以便REGISTER_TYPE 宏也注册运行时信息。我还没有带来任何东西，但也许有一个聪明的方法来管理它。

Answer 1

我已经看到你使用 c++ 扩展 __COUNTER__，因此也许你会发现有趣的字符串文字 gcc 和 clang 扩展，这将允许你将表示注册类型的字符串文字直接绑定到你的 Type（无需额外的标识号):

#include <iostream>

template <class Char, Char... Cs>
struct string_literal { 
    static Char str[sizeof...(Cs) + 1]; 
};

template <class Char, Char... Cs>
Char string_literal<Char, Cs...>::str[sizeof...(Cs) + 1] = { Cs..., '\0' };

template <class Char, Char... Cs>
constexpr string_literal<Char, Cs...> operator ""_sl() {
    return {};
}

template <class T, class SL>
struct TypeHelper { };

template <class T>
struct Type;

template <class A, class B>
auto getType(TypeHelper<A, B>) {
    return B{};
}

#define REGISTER(TYPE) template <> \
     struct Type<TYPE>: TypeHelper<TYPE, decltype(#TYPE##_sl)> { };

struct X{};

REGISTER(void)
REGISTER(int)
REGISTER(X)

int main(){
    std::cout << decltype(getType(Type<void>{}))::str << std::endl;
}

输出：

无效

[live demo]

Answer 2

如果您不是特别关心将运行时数据注册到地图中的性能，您可以简单地使用返回对 static 地图实例的引用的 inline 函数，并生成 " dummy" REGISTER_TYPE 宏中的 registrar 实例，它们在其构造函数中填充地图。

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inline auto& registration_map()
{
    static std::unordered_map<int, std::string> m;
    return m;
}

struct registrar 
{ 
    registrar(int id, std::string s) 
    {
        registration_map()[id] = std::move(s);   
    }
};

template <typename T>
struct TypeHelper { };

#define CAT3_IMPL(a, b, c) a ## b ## c
#define CAT3(a, b, c) CAT3_IMPL(a, b, c)

#define REGISTER_TYPE(id, type) \
    template<> struct TypeHelper<type> { }; \
    [[maybe_unused]] registrar CAT3(unused_registrar_, __LINE__, type) {id, #type};

REGISTER_TYPE(0, int)
REGISTER_TYPE(1, float)
REGISTER_TYPE(2, double)

int main()
{
    assert(registration_map()[0] == "int");
    assert(registration_map()[1] == "float");
    assert(registration_map()[2] == "double");
}

Full example on wandbox.

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注意事项：

• 如果同一个REGISTER_TYPE 包含在多个翻译单元中，您可能会重复注册。

• CAT3(unused_registrar_, __LINE__, type) 用于生成不会与其他 REGISTER_TYPE 扩展冲突的唯一名称。