【问题标题】:Replacing switch statements when interfacing between templated and non-templated code在模板化代码和非模板化代码之间进行交互时替换 switch 语句
【发布时间】:2014-04-15 18:57:32
【问题描述】:

X:

我看到的一个常见模式是函数的底层代码是模板,但由于“原因”,模板代码在上层不可用(从厌恶到接口中的模板,需要共享库而不是向客户公开实现,在运行时而不是编译时读取类型设置等)。

这通常会导致以下情况:

struct foo { virtual void foo() = 0;}
template <typename T> struct bar : public foo
{
    bar( /* Could be lots here */);
    virtual void foo() { /* Something complicated, but type specific */}
};

然后是初始化调用:

foo* make_foo(int typed_param, /* More parameters */)
{
    switch(typed_param)
    {
        case 1: return new bar<int>(/* More parameters */);
        case 2: return new bar<float>(/* More parameters */);
        case 3: return new bar<double>(/* More parameters */);
        case 4: return new bar<uint8_t>(/* More parameters */);
        default: return NULL;
    }
}

这是令人讨厌、重复且容易出错的代码。

所以我对自己说,自己说我,必须有更好的方法。

Y:

这是我做的。大家有更好的办法吗?

////////////////////////////////////
//////Code to reuse all over the place
///
template <typename T, T VAL>
struct value_container
{
    static constexpr T value() {return VAL;}
};

template <typename J, J VAL, typename... Ts>
struct type_value_pair
{
    static constexpr J value() {return VAL;}

    template <class FOO>
    static auto do_things(const FOO& foo)->decltype(foo.template do_things<Ts...>()) const
    {
        foo.template do_things<Ts...>();
    }
};

template <typename T>
struct error_select
{
    T operator()() const { throw std::out_of_range("no match");}
};

template <typename T>
struct default_select
{
    T operator()() const { return T();}
};

template <typename S, typename... selectors>
struct type_selector
{
    template <typename K, class FOO, typename NOMATCH, typename J=decltype(S::do_things(FOO()))>
    static constexpr J select(const K& val, const FOO& foo=FOO(), const NOMATCH& op=NOMATCH())
    {
        return S::value()==val ? S::do_things(foo) : type_selector<selectors...>::template select<K, FOO, NOMATCH, J>(val, foo, op);
    }
};

template <typename S>
struct type_selector<S>
{
    template <typename K, class FOO, typename NOMATCH, typename J>
    static constexpr J select(const K& val, const FOO& foo=FOO(), const NOMATCH& op=NOMATCH())
    {
        return S::value()==val ? S::do_things(foo) : op();
    }
};

////////////////////////////////////
////// Specific implementation code
class base{public: virtual void foo() = 0;};

template <typename x>
struct derived : public base
{
    virtual void foo() {std::cout << "Ima " << typeid(x).name() << std::endl;}
};


struct my_op
{
    template<typename T>
    base* do_things() const
    {
        base* ret = new derived<T>();
        ret->foo();
        return ret;
    }
};

int main(int argc, char** argv)
{
    while (true)
    {
        std::cout << "Press a,b, or c" << std::endl;
        char key;
        std::cin >> key;

        base* value = type_selector<
            type_value_pair<char, 'a', int>,
            type_value_pair<char, 'b', long int>,
            type_value_pair<char, 'c', double> >::select(key, my_op(), default_select<base*>());

        std::cout << (void*)value << std::endl;
    }

    /* I am putting this in here for reference. It does the same
       thing, but the old way: */

    /*
        switch(key)
        {
            case 'a':
              {
                  base* ret = new derived<int>();
                  ret->foo();
                  value = ret;
                  break;
              }

            case 'b':
              {
                  base* ret = new derived<char>();
                  ret->foo();
                  value = ret;
                  break;
              }

            case 'c':
              {
                  base* ret = new derived<double>();
                  ret->foo();
                  value = ret;
                  break;
              }

            default:
                return NULL;
        }
    */
}

我在实现中看到的问题:

  1. 像泥一样清晰可读
  2. 模板参数必须是类型,必须将值包装在类型中 (template &lt;typename T, T VAL&gt; struct value_container { static constexpr T value() {return VAL;} };)
  3. 目前没有检查/强制选择器都是类型-值对。

唯一的优点:

  1. 删除重复代码。
  2. 如果 case 语句变高/do_things 的内容变高,那么我们可以缩短一点。

有没有人做过类似的事情或有更好的方法?

【问题讨论】:

  • 所以,我看到你的建议最大的问题(好吧,可读性可能更糟......)是它只适用于typed_param 的常量值,因为模板不适用于“运行时变量”。 (编辑:除非泥很不清楚,否则我不明白它是如何工作的!)
  • @MatsPetersson 我同意如果可以有非常量 typed_pa​​rams 会很好,但是 switch 语句还需要“常量” typed_pa​​rams 用于它的 case 语句......在 C++ 中是唯一的方法那会不一样。 “动态”部分只是输入参数以及“foo”和“NOMATCH”的任何配置。编辑:它也完全有效,尽管它很丑,所以如果有任何关于它的具体问题,请告诉我!
  • 我有点不清楚你想在这里完成什么?您原始示例中的 make_foo 函数很容易替换为模板函数,该函数消除了冗余样板,但您说客户端代码不能暴露给模板?然后你的新代码做了一堆其他的事情,最终要求客户端代码使用模板......你能更清楚你想要做什么吗?
  • 如果您只想替换switch 语句,那么您可以使用std::map&lt;case_type, factoryFunction&gt; 其中case_type 是您打开的任何类型,factoryFunction 是@987654330 @ 返回 foo* 类型的值。
  • @YoungJohn hrm...工厂函数将指向模板函数 bar,以避免代码重复...这是有道理的。如果有模板化的 lambdas 会更有意义。

标签: c++ templates c++11


【解决方案1】:

您始终可以遍历由type_param 索引的类型列表,如下所示:

struct foo 
{
    virtual ~foo() = default;
    /* ... */
};

template<typename T>
struct bar : foo 
{ /* ... */ };


template<typename TL> 
struct foo_maker;

template<template<typename...> class TL, typename T, typename... Ts> 
struct foo_maker<TL<T, Ts...>>
{
    template<typename... Us>
    std::unique_ptr<foo> operator()(int i, Us&&... us) const
    {
        return i == 1 ?
            std::unique_ptr<foo>(new bar<T>(std::forward<Us>(us)...)) :
            foo_maker<TL<Ts...>>()(i - 1, std::forward<Us>(us)...); }
};

template<template<typename...> class TL> 
struct foo_maker<TL<>>
{
    template<typename... Us>
    std::unique_ptr<foo> operator()(int, Us&&...) const
    { return nullptr; }
};


template<typename...>
struct types;


template<typename... Us>
std::unique_ptr<foo> make_foo(int typed_param, Us&& us...)
{ return foo_maker<types<int, float, double, uint8_t>>()(typed_param, std::forward<Us>(us)...); };

注意:这个工厂函数是 O(n)(虽然聪明的编译器可以使它成为 O(1)),而 switch 语句版本是 O(1)。

【讨论】:

  • 我会说 switch 语句也是 O(1) 如果有一个聪明的编译器可以将它转换成跳转语句。一种有效的方法:虽然比我的更专注于单个实现,但这不一定是坏事。
  • (我仍然会 +1 作为一个创造性的解决方案,但我不得不指出这种方法缺乏的功能)。 1.它和我原来的帖子有同样的问题。 2. typed_pa​​ram 必须是一个整数枚举,否则需要第二次查找。 3. /*more params*/ 需要沿链传递,不能初始化到父级(不能在 foo_maker 的构造函数中做事)。 4.不能选择模板初始化集合(如果bar是template &lt;typename T, typename J&gt; struct bar怎么办?)。
  • 3.编辑我的代码以转发参数。 4. 你总是可以走两个类型列表,并且是 O(t + j)。
  • 有效点,但它仍然存在与我的实现相同的问题。 YoungJohn 的解决方案(在下面翻译)可以支持值模板参数,而且很明显你在做什么,代价是 std::bind 复制面食。
  • 刚刚想到,您完全可以通过自己制作开关表来完全做到 O(1)...
【解决方案2】:

只是为了扩展 YoungJohn 的评论,它看起来像这样(我已经包含了运算符的单个初始化,如果没有参数,它可以变得更简单,但是如果没有参数,那么没有理由这样做无论如何:-P)。

#include <functional>
#include <map>


////////////////////////////////////
//////specific impmenetation code
class base{public: virtual void foo() = 0;};

template <typename x>
struct derived : public base
{
    virtual void foo() {std::cout << "Ima " << typeid(x).name() << std::endl;}
};

struct my_op
{
    int some_param_; /// <shared parameter

    my_op(int some_param) : some_param_(some_param){} /// <constructor

    template<typename T>
    base* do_stuff() const
    {
        std::cout << "Use some parameter: " << some_param_ << std::endl;
        base* ret = new derived<T>();
        ret->foo();
        return ret;
    }
};

base* init_from_params(int some_param, char key)
{
    my_op op(some_param);
    using factoryFunction = std::function<base*()>;
    std::map<char, factoryFunction> mp
    {
        { 'a', std::bind(&my_op::do_stuff<int>, &op)},
        { 'b', std::bind(&my_op::do_stuff<long int>, &op)},
        { 'c', std::bind(&my_op::do_stuff<double>, &op)}
    } ;
    factoryFunction& f = mp[key];
    if (f)
    {
        return f();
    }
    return NULL;
}


int main(int argc, char** argv)
{
    volatile int parameters = 10;

    while (true)
    {
        std::cout << "Press a, b, or c" << std::endl;
        char key;
        std::cin >> key;

        base* value = init_from_params(parameters, key);

        std::cout << (void*)value << std::endl;
    }
}

优点:更短,更标准,更少奇怪的模板内容。它也不需要模板化的参数都是类型,我们可以选择我们想要初始化函数的任何东西。

缺点:理论上,它可能会产生更多开销。在实践中,我完全怀疑开销是否重要。

我喜欢!

【讨论】:

  • 这或多或少是我的意思。每次调用 init_from_params 时都必须从头开始构建地图似乎很可惜,但如果地图不是在那里创建的,那么就会出现所有权问题。地图应该是基地的成员吗?由于目前写的东西可能不是。但是,是的,这基本上就是我所采用的方法。
  • 啊,我现在明白了,因为工厂函数可能需要传入参数,所以你基本上每次都必须重新创建地图。
  • @YoungJohn 没错。使 map 成为(静态)成员库可以避免 map 的倍数(如果需要更改,您可以重新分配设置)但会引入线程问题。完全可行的方法是创建一个包含所有设置和映射的工厂类(基本上使init_from_params 成为my_op 的成员函数,并将该调用中的op 替换为this)。该类仍然不是线程安全的(关于设置更改),但是每个线程只能制作一个,你会很高兴的。对于大量的键值,无序可能会更快。
【解决方案3】:
template<class T>
foo* make_foo(int typed_param,/*more params*/)
{
    return new bar<T>(/*more params*/);
}

【讨论】:

  • 直接将模板包装在模板中只会暴露另一个模板。我们正在寻找类似于将运行时变量映射到模板类型的东西,以便选择我们将在运行时而不是编译时使用的模板,并避免代码重复。
  • @MadScienceDreams 你有点像是在混合粉笔和奶酪
  • 不是吗?模板可以是一个强大的工具,可以避免为多种类型重新实现相同的代码。一个愚蠢的简单示例是对拜耳图案图像进行去马赛克处理。您可以编写一个模板并通过一种实现获得 8 位、16 位和 32 位代码。问题是,您在编译时不知道要使用什么相机:您的模板涵盖了所有情况,但需要在编译时初始化才能使用。您需要在运行时根据一些相机参数选择您将使用的模板。因此是 switch 语句。
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