使用模板代替开关答案

【问题标题】：Using template instead of switch使用模板代替开关
【发布时间】：2011-08-04 17:53:43
【问题描述】：

我想在我的代码中执行一组类似但仅根据参数更改的测试。

我可以用 switch 语句来写这个：

bool doTest(EnumSensorFamily family, const StructSensorProposal& proposed)
{
  switch (family)
  {
  case FAM1:
    return (ExpectedFam1 == proposed.Fam1SensorId);
    break;
  case FAM2:
    return (ExpectedFam2 == proposed.Fam2SensorId);
    break;
  case FAM3:
    return (ExpectedFam3 == proposed.Fam3SensorId);
    break;
  default:
    ERROR ("Unexpected family");
    return false;
  }
}

我正在考虑使用模板专业化来做这件事

template <EnumSensorFamily family>
bool doTest(const StructSensorProposal& proposed);

template<>
bool doTest<FAM1> (const StructSensorProposal& proposed)
{
  return (ExpectedFam1 == proposed.Fam1SensorId);
}

template<>
bool doTest<FAM2> (const StructSensorProposal& proposed)
{
  return (ExpectedFam2 == proposed.Fam2SensorId);
}

template<>
bool doTest<FAM3> (const StructSensorProposal& proposed)
{
  return (ExpectedFam3 == proposed.Fam3SensorId);
}

除了避免包含几乎相同案例的 switch 语句之外，这样做还有什么好处吗？

理想情况下，我希望能够编写单一方法来减少维护开销。

谢谢

【问题讨论】：

标签： c++ templates

【解决方案1】：

以安德鲁的回答为基础......

请注意，EnumSensorFamily family 必须在编译时已知。如果直到运行时才知道，那么您必须写一个switch 来选择模板，让您回到开始的地方。

另一种方法是使用 Traits 模式：

template <EnumSensorFamily family>
struct SensorTraits;

template <>
struct SensorTraits<FAM1>
{
    const EnumSensorFamily kFamilyID = ExpectedFam1;
};

template <>
struct SensorTraits<FAM2>
{
    const EnumSensorFamily kFamilyID = ExpectedFam2;
};

template <>
struct SensorTraits<FAM3>
{
    const EnumSensorFamily kFamilyID = ExpectedFam3;
};

template <EnumSensorFamily family>
bool doTest(const StructSensorProposal& proposed)
{
  return (SensorTraits<family>::kFamilyID == proposed.Fam1SensorId);
}

如果您尝试将 doTest 与缺少特征特化的传感器系列一起使用，则会出现编译错误。另请注意，您永远不会实例化特征对象，您只需使用它的定义。

这使您可以在多个函数中重用常量、typedef 等。此外，添加一个新系列并不涉及梳理所有代码以查找每个关心的switch 语句。您所要做的就是创建一个新的SensorTraits 专业化。

编辑：您可以使用 pointer to member 使字段依赖于传感器系列：

template <>
struct SensorTraits<FAM1>
{
    const EnumSensorFamily kFamilyID = ExpectedFam1;
    int StructSensorProposal::*proposalField = &StructSensorProposal::fam1field;
};

// ...

template <EnumSensorFamily family>
int getProposedField(const StructSensorProposal& proposed)
{
    return proposed.*SensorTraits<family>::proposalField;
}

您也可以为传感器的数据类型输入 typedef：

template <>
struct SensorTraits<FAM1>
{
    const EnumSensorFamily kFamilyID = ExpectedFam1;
    typedef uint16_t data_type;
    data_type StructSensorProposal::*proposalField = &StructSensorProposal::fam1field;
};

// ...

template <EnumSensorFamily family>
SensorTraits<family>::data_type getProposedField(const StructSensorProposal& proposed)
{
    return proposed.*SensorTraits<family>::proposalField;
}

我没有测试过这些；你可能需要一个const 或static。

【讨论】：

我可以使用类似的机制来选择建议结构中的字段吗？每个传感器系列在提案中都有一个单独的字段。
我在特征中放置了一个静态方法，以根据系列返回校正后的传感器。
我在特征实现中有一个方法：template <> struct SensorTraits<FAM1> { static EnumSensorId getProposed(const StructSensorProposal& proposed) {return proposed.Fam1SensorId;} }; 它似乎确实有效。这有什么缺点吗？
这是一个完全可行的替代方案。对其他人来说可能不太清楚（getter 函数可能有副作用，而成员取消引用非常明确），但如果读者不理解成员指针，则相反。

【解决方案2】：

如果编译器未能正确优化switch（即，如果它没有生成与模板解决方案相同的代码，这对于现代的内联编译器是可行的），好处是一个非常小的潜在性能改进. 当然只有当family 是编译时常量时 - 否则模板不适用，编译器可以为switch 找到的最佳优化将是计算跳转或跳转表。

如果您的代码总是看起来像 return (ExpectedFamN == proposed.FamNSensorId);，我宁愿使用数组作为预期值和传感器 ID，并根据 family 对它们进行索引。

【讨论】：

我使用了这个建议来设置一个期望值的数组，但是按照 Mike 的建议来确定传感器字段。谢谢

【解决方案3】：

以下情况无法使用模板：

const  EnumSensorFamily familyCompileTime = FAM3; // Compile time constant
EnumSensorFamily family = GetFimilyInRunTime(); // Run time variable
doTest1(family, proposed); // ok
doTest2<family>(proposed); // error;
doTest2<familyCompileTime >(proposed); // OK;

【讨论】：

是的，它在编译时是已知的。感谢您澄清问题。

【解决方案4】：

在某种程度上...您正在将处理从运行时转移到编译时。编译器将创建函数并相应地使用它们，而不是在运行时必须通过 switch 语句。

此外，它会产生更清晰的代码。

【讨论】：

更干净的代码绝对是主观的事情。我个人会发现switch 更干净，因为我不会一直创建和阅读模板源代码。（不计算 STL 的使用量。）
@RedX：另一方面，正如我所指出的，添加传感器系列意味着找到每个 switch 并添加所需的 case。

【解决方案5】：

二进制大小也有好处，只有实例化的模板才会在可执行文件中。如果你有一个巨大的开关，它可能对 exe 的大小很重要！

【讨论】：