使用可变参数模板参数构建枚举

Build an enum using variadic template parameters

本文关键字：参数 构建 枚举 变参      更新时间：2023-10-16

我有一个相当简单的变体类，它支持一组预定义的类型，并提供一个枚举来指示当前哪些可用类型处于活动状态。 像这样：

class variant
{ 
  enum class type { integer, real, string, etc };
  type active_type() const;
  /* ... */ 
};

我想将类变成一个模板，其中支持的类型作为模板参数提供：

template <typename... T>
class variant
{ 
  const std::type_info& active_type() const; // logical, but can't switch on it
  /* ... */ 
};

我用来捕获错误的一个关键功能是，我可以switch活动类型，编译器将在遗漏任何可能的情况时发出警告。 使用上述设计(或使用boost::variant(无法做到这一点。

我的问题是，有没有办法自动生成一个枚举数与参数包中的参数数相同的枚举？

枚举的实际名称/值无关紧要，因为它们可以隐藏在用于将类型映射到正确枚举的 constexpr 函数后面。 我可以想象这样的最终用法：

template <typename... T>
class variant
{
  enum class type { T... }; // magic here
  // specializations provided to map T into type (for use in case labels)
  template <typename T>
  static constexpr type type_enum();
  type active_type() const;
  /* ... */
};
typedef variant<int, float, std::string> myvar;
myvar var;
switch (var.active_type())
{
case myvar::type_enum<int>(): // static constexpr function
  ...
  break;
case myvar::type_enum<float>():
  ...
  break;
} // warning: enumeration for string not handled in switch

这个问题已经两年了，但由于没有答案，而且我在其他地方找不到解决方案，这是我解决问题的方法。

第一个明显的问题是具有匹配参数数量的枚举类型(让编译器进行切换检查(。我看到的唯一方法是一系列模板专业化。

template <typename Tag, size_t size> struct Enum;
template <typename Tag> struct Enum<Tag, 0> {
    enum class Type { };
};
template <typename Tag> struct Enum<Tag, 1> {
    enum class Type {
        VALUE0
    };
};
template <typename Tag> struct Enum<Tag, 2> {
    enum class Type {
        VALUE0, VALUE1
    };
};
template <typename Tag> struct Enum<Tag, 3> {
    enum class Type {
        VALUE0, VALUE1, VALUE2
    };
};
template <typename Tag> struct Enum<Tag, 4> {
    enum class Type {
        VALUE0, VALUE1, VALUE2, VALUE3
    };
};
是的，

它需要一些手动输入，但这不是一个大问题，请记住，类型数量通常是有限的，并且可以根据需要添加新的专业化(即该方法是静态安全的(。Tag 参数用于区分具有相同数量值的枚举。

其次，我们需要一些递归模板魔术来枚举类型：

template <typename EnumType, typename Type, typename... Types> struct TypeInfo;
template <typename EnumType, typename Type, typename... Types> struct TypeInfo<EnumType, Type, Type, Types...> {
    static const EnumType value = EnumType::VALUE0;
};
template <typename EnumType, typename Type, typename FirstType, typename... Types> struct TypeInfo<EnumType, Type, FirstType, Types...> {
    static const EnumType value = static_cast<EnumType>(static_cast<typename std::underlying_type<EnumType>::type>(TypeInfo<EnumType, Type, Types...>::value) + 1);
};

最后是一个将所有部分组合在一起的类：

template <typename Tag, typename... Ts> class TypedEnum {
    private:
        struct InternalTag;
    public:
        static const size_t NUM_TYPES = sizeof...(Ts);
        typedef typename Enum<InternalTag, NUM_TYPES>::Type Type;
        template <typename T> static constexpr decltype(TypeInfo<Type, T, Ts...>::value) getValue() { // SFINAE guard
            return TypeInfo<Type, T, Ts...>::value;
        }
};

瞧！你可以切换！(用叮当声测试(

struct Tag0;
struct Tag1;
typedef TypedEnum<Tag0, int, float, char> Enum0;
typedef TypedEnum<Tag0, bool, float, char> Enum1; // Incompatible with Enum0!
Enum0::Type tpy = Enum0::getValue<char>(); // 2
switch(tpy) {
    case Enum0::getValue<int>():
        break;
    case Enum0::getValue<float>():
        break;
    case Enum0::getValue<char>():
        break;
}

功能摘要：

  • 静态拒绝不在枚举中的类型
  • 静态警告缺少开关外壳
  • 包中不同标签和/或参数的枚举类型不兼容

缺少的功能：

  • 需要一些模板魔术来拒绝具有重复项的参数包

在可变参数模板中获取类型的索引，并将其用作枚举值。这样，您无需复制不同类型数量的所有代码。这不会处理列表中的重复类型，但索引将是可变参数列表中的第一个匹配项。如果需要重复检测，可以使用std::is_same添加它，并以类似于IndexOf的方式循环访问每种类型的所有类型。

    #include <type_traits>
    using std::size_t;
    template <size_t Idx, class Q, class... Ts>
    struct IndexOfImpl;
    // base case
    template <size_t Idx, class Q>
    struct IndexOfImpl<Idx, Q>{};
    template <size_t Idx, class Q, class T>
    struct IndexOfImpl<Idx, Q, T>
        : public std::conditional_t<
            std::is_same<Q, T>::value, // Is Query the same as T?
                                        // if so
            std::integral_constant<size_t, Idx>, // inheret from Idx
            void> // type not found
    {
    };
    template <size_t Idx, class Q, class T, class... Ts>
    struct IndexOfImpl<Idx, Q, T, Ts...>
        : public std::conditional_t<
            std::is_same<Q, T>::value,  // Is Query the same as T?
                                        // if so
            std::integral_constant<size_t, Idx>, // inheret from Idx
            IndexOfImpl<Idx + 1, Q, Ts...>> // else try the trailing types
    {
    };
    // Initial case at Idx 0
    template <class Q, class... Ts>
    struct IndexOf : public IndexOfImpl<0, Q, Ts...>
    {
    };
    // Base case
    template <class Q>
    struct IndexOf<Q>
    {
    };

    // Store the type list in Ts...
    template <class... Ts>
    struct TypeEnum {
        // Get index/enum value of type T
        template <class T>
        static constexpr decltype(IndexOf<T, Ts...>::value) getValue() {
            return IndexOf<T, Ts...>::value;
        }
    };
    template <>
    struct TypeEnum<> {};
    struct Unknown;
    int main() {
        using Tags = TypeEnum<Unknown, int, float, long long, unsigned int, double>;
        size_t tag = Tags::getValue<double>();
        switch(tag) {
            case Tags::getValue<int>(): return 0;
            case Tags::getValue<float>(): return 0;
            case Tags::getValue<long long>(): return 0;
            case Tags::getValue<unsigned int>(): return 0;
            case Tags::getValue<double>(): return 0;
            default: return 1;
        }
    }

在编译器资源管理器上

相关文章：