在 C++ 中，如何创建包含可变参数模板对象的异构向量？

Question

你好 StackOverflow 社区！

我在工作中使用可变参数模板、继承和抽象工厂模式，现在正在努力使其协同工作。看来我已经达到了我目前对这些主题的了解的最远，所以如果你能给我一个提示或代码示例，你会得到我的全部感激！在此先感谢 ;)

这是上下文（我很抱歉！有几行代码......）：

我有一个 Base 类

template<typename... Params>
class P
{
    public:
        virtual void compute(Params&... ps) = 0;
        // other things ...

};

和派生的类

template<typename... Params>
class AP : public P<Params...>
{
    public:
        void compute(Params&... ps) override { _compute(std::forward<Params&>(ps)...); }
    private:
        void _compute(std::string& str) {std::cout << "AP::compute str " << str << std::endl;}
};
using A = AP<std::string>;

template<typename... Params>
class BP : public P<Params...>
{
    public:
        void compute(Params&... ps) override { _compute(std::forward<Params&>(ps)...); }
    private:
        void _compute(int& i) {std::cout << "BP::compute i " << i << std::endl;}
};
using B = BP<int>;

到这里，没问题！ 如果我做一个小的main()，这没有任何问题：

int main()
{
    std::unique_ptr<P<int>> p1 = std::make_unique<B>();
    int i = 15;
    p1->compute(i);

    std::unique_ptr<P<std::string>> p2 = std::make_unique<A>();
    std::string str = "abc";
    p2->compute(str);
}

但是，我们可以添加更多：工厂的 Base 类。 （这些将与我的班级以外的其他班级一起使用P...如果您想知道为什么:)）

template<typename Base>
class Creator
{
    public:
        virtual std::unique_ptr<Base> create() = 0;
};

template<class Key, class T>
class Factory
{
    public:
        void store(Key key, std::unique_ptr<Creator<T>>&& creator)
        {
            _crs[key] = std::move(creator);
        }

        std::unique_ptr<T> create(Key key)
        {
            return _crs[key]->create();
        }

    private:
        std::map<Key, std::unique_ptr<Creator<T>>> _crs;
};

及其实现能够构建 P 相关的对象：

template<typename Derived, typename... Params>
class PCreator : public Creator<P<Params...>>
{
    public:
        std::unique_ptr<P<Params...>> create() override
        {
            return std::make_unique<Derived>();
        }
};

template<typename... Params>
class PFactory : public Factory<std::string, P<Params...>>
{
    public:
        PFactory()
        {
            this->store("int", std::make_unique<PCreator<BP<int>>>);
            this->store("string", std::make_unique<PCreator<AP<std::string>>>);
        }
        // create() and store() methods inherited
};

如果我实例化 PFactory，编译器显然无法完成它的工作，因为它需要 PFactory 的模板参数，这些参数会将它们转发给 Factory<std::string, P<Params...>>。

但是，我的工厂只能创建一种“类型”的 P 对象，即可以使用这些Params 的对象。 这就是我一个人走了多远（遗憾的是我的同事都没有能力帮助我......）

我的目标是能够写出这样的东西：

class Thing
{
    const std::array<std::string, 2> a = {"one", "two"};
    public:
        Thing()
        {
            PFactory f;
            for(const auto& e : a)
                _ps[e] = std::move(f.create(e));
        }

        void compute()
        {
            int i = 100;
            std::string str = "qwerty";
            // additional computations...
            _ps["one"]->compute(i);
            // additional computations...
            _ps["two"]->compute(str);
        }

    private:
        std::map<std::string, std::unique_ptr<P>> _ps;
};

这是我尝试在 CompilerExplorer 上工作和返工的 PoC，以及上面的来源。

任何帮助将不胜感激！

---

[编辑]是的，我妄想我可以欺骗编译器以使用运行时信息创建各种方法签名。

解决方案总结：

(@walnut: 谢谢！) 让 compute 采用 std::any 或类似的东西

我不太了解std::any，但是在 rtfm-ing CppReference 之后，它可以完成这项工作，接受这样一个事实，即我需要将参数转换为我需要的参数类（并处理异常）。 可悲的是，在实际项目中，compute() 可以接受多个参数（我使用可变参数模板的原因......我不想关心每个 compute 方法中每个参数的数量或类型派生类），所以它会迫使我创建compute(const std::any&)和compute(const std::any&, const std::any&)等。

（@MaxLanghof：谢谢！）一种（丑陋的）解决方案是手动提供所有可能的计算过载作为虚函数。

是的，你说得对，我也觉得这很奇怪（我不会走到“丑陋”的地步，但我还没有更漂亮的解决方案，所以......），但它正在工作。 这里的缺点是我无法将类 P （和相关类）存储在它自己的库中，因为我一开始就想要分离关注点（«MainProgram» 玩 Ps 派生自 lib::P)。

（@MaxLanghof：谢谢！）在编译时完成整个 _ps 映射。

我还没有足够的 C++ 经验和知识来完成这样的事情。我需要解决这个问题，如果有人有特定的链接（我的意思是：不是 Google 上的第一个链接；））或示例，我会很高兴学习。

到目前为止，感谢您的回答！

---

[编辑]嗨！抱歉耽搁了，我刚刚回到这个项目，非常感谢您的想法和经验！这意味着很多！

我在 @Caleth 和 @KonstantinStupnik 的工作上做了一些工作（真的很感谢你的例子：他们帮助我理解了我在做什么！）并带着我的测试用例到达了这一点： https://gcc.godbolt.org/z/AJ8Lsm 我遇到了 std::bad_any_cast 异常，但不明白为什么......

我怀疑传递引用或我使用 lambda 将 compute 方法保存在 std::any 中的方式存在问题，但不能确定。 我尝试扩展在AnyCallable<void>::operator() 中接收的类型，以找到与 P 构造函数中存储函数的区别，但对我来说似乎相同。

我尝试将&AP::compute 传递给P的构造函数，但是编译器无法再推断出参数类型...

感谢大家的宝贵时间、帮助和建议！

Answer 1

您可以键入-擦除参数，只要您可以在调用站点指定它们。

最低限度：

#include <functional>
#include <any>
#include <map>
#include <iostream>

template<typename Ret>
struct AnyCallable
{
    AnyCallable() {}
    template<typename F>
    AnyCallable(F&& fun) : AnyCallable(std::function(fun)) {}
    template<typename ... Args>
    AnyCallable(std::function<Ret(Args...)> fun) : m_any(fun) {}
    template<typename ... Args>
    Ret operator()(Args&& ... args) 
    { 
        return std::invoke(std::any_cast<std::function<Ret(Args...)>>(m_any), std::forward<Args>(args)...); 
    }
    template<typename ... Args>
    Ret compute(Args ... args) 
    { 
        return operator()(std::forward<Args>(args)...); 
    }
    std::any m_any;
};

template<>
struct AnyCallable<void>
{
    AnyCallable() {}
    template<typename F>
    AnyCallable(F&& fun) : AnyCallable(std::function(fun)) {}
    template<typename ... Args>
    AnyCallable(std::function<void(Args...)> fun) : m_any(fun) {}
    template<typename ... Args>
    void operator()(Args&& ... args) 
    { 
        std::invoke(std::any_cast<std::function<void(Args...)>>(m_any), std::forward<Args>(args)...); 
    }
    template<typename ... Args>
    void compute(Args ... args) 
    { 
        operator()(std::forward<Args>(args)...); 
    }
    std::any m_any;
};

using P = AnyCallable<void>;

void A(std::string& str) {std::cout << "AP::compute i " << str << std::endl;}
void B(int i) {std::cout << "BP::compute i " << i << std::endl;}

class Thing
{
    public:
        Thing(){}

        void compute()
        {
            int i = 100;
            std::string str = "qwerty";
            // additional computations...
            ps["one"].compute<int>(i);
            // additional computations...
            ps["two"].compute<std::string&>(str);
        }

    private:
        std::map<std::string, P> ps = { { "one", B }, { "two", A } };
};

Or with all the Factory