键入擦除类型擦除，“任何”问题

Type erasing type erasure, `any` questions?

本文关键字：擦除 任何 问题 类型      更新时间：2023-10-16

所以，假设我想使用类型擦除来键入擦除。

我可以为变体创建伪方法，以实现自然：

pseudo_method print = [](auto&& self, auto&& os){ os << self; };
std::variant<A,B,C> var = // create a variant of type A B or C
(var->*print)(std::cout); // print it out without knowing what it is

我的问题是，我如何将其扩展到std::any？

它不能"原始"完成。 但是在我们分配/构造std::any时，我们就有了我们需要的类型信息。

因此，从理论上讲，增强any：

template<class...OperationsToTypeErase>
struct super_any {
  std::any data;
  // or some transformation of OperationsToTypeErase?
  std::tuple<OperationsToTypeErase...> operations;
  // ?? what for ctor/assign/etc?
};

可以以某种方式自动重新绑定一些代码，以便上述类型的语法可以工作。

理想情况下，它将与变体情况一样简洁。

template<class...Ops, class Op,
  // SFINAE filter that an op matches:
  std::enable_if_t< std::disjunction< std::is_same<Ops, Op>... >{}, int>* =nullptr
>
decltype(auto) operator->*( super_any<Ops...>& a, any_method<Op> ) {
  return std::get<Op>(a.operations)(a.data);
}

现在我可以将其保留为一种类型，但合理地使用 lambda 语法来保持简单吗？

理想情况下，我想要：

any_method<void(std::ostream&)> print =
  [](auto&& self, auto&& os){ os << self; };
using printable_any = make_super_any<&print>;
printable_any bob = 7; // sets up the printing data attached to the any
int main() {
  (bob->*print)(std::cout); // prints 7
  bob = 3.14159;
  (bob->*print)(std::cout); // prints 3.14159
}

或类似的语法。 这不可能吗？ 不可行？ 容易？

这是一个使用 C++14 和 boost::any 的解决方案，因为我没有 C++17 编译器。

我们最终得到的语法是：

const auto print =
  make_any_method<void(std::ostream&)>([](auto&& p, std::ostream& t){ t << p << "n"; });
super_any<decltype(print)> a = 7;
(a->*print)(std::cout);

这几乎是最佳的。 我认为简单的 C++17 更改，它应该看起来像：

constexpr any_method<void(std::ostream&)> print =
  [](auto&& p, std::ostream& t){ t << p << "n"; };
super_any<&print> a = 7;
(a->*print)(std::cout);

在 C++17 中，我会通过auto*...指向any_method的指针而不是decltype噪音来改进这一点。

公开继承any有点风险，好像有人把any从上面拿下来修改，any_method_data tuple就会过时。 也许我们应该模仿整个any界面，而不是公开继承。

@dyp在给OP的评论中写了一个概念证明。 这是基于他的工作，并添加了价值语义(从boost::any窃取(。 @cpplearner 的基于指针的解决方案用于缩短它(谢谢！(，然后我在此基础上添加了 vtable 优化。

首先，我们使用标签来传递类型：

template<class T>struct tag_t{constexpr tag_t(){};};
template<class T>constexpr tag_t<T> tag{};

这个 trait 类获取与any_method一起存储的签名：

这将创建一个函数指针类型，以及所述函数指针的工厂，给定一个any_method：

template<class any_method, class Sig=any_sig_from_method<any_method>>
struct any_method_function;
template<class any_method, class R, class...Args>
struct any_method_function<any_method, R(Args...)>
{
  using type = R(*)(boost::any&, any_method const*, Args...);
  template<class T>
  type operator()( tag_t<T> )const{
    return [](boost::any& self, any_method const* method, Args...args) {
      return (*method)( boost::any_cast<T&>(self), decltype(args)(args)... );
    };
  }
};

现在我们不想在我们的super_any中为每个操作存储一个函数指针。 因此，我们将函数指针捆绑到一个 vtable 中：

template<class...any_methods>
using any_method_tuple = std::tuple< typename any_method_function<any_methods>::type... >;
template<class...any_methods, class T>
any_method_tuple<any_methods...> make_vtable( tag_t<T> ) {
  return std::make_tuple(
    any_method_function<any_methods>{}(tag<T>)...
  );
}
template<class...methods>
struct any_methods {
private:
  any_method_tuple<methods...> const* vtable = 0;
  template<class T>
  static any_method_tuple<methods...> const* get_vtable( tag_t<T> ) {
    static const auto table = make_vtable<methods...>(tag<T>);
    return &table;
  }
public:
  any_methods() = default;
  template<class T>
  any_methods( tag_t<T> ): vtable(get_vtable(tag<T>)) {}
  any_methods& operator=(any_methods const&)=default;
  template<class T>
  void change_type( tag_t<T> ={} ) { vtable = get_vtable(tag<T>); }
  template<class any_method>
  auto get_invoker( tag_t<any_method> ={} ) const {
    return std::get<typename any_method_function<any_method>::type>( *vtable );
  }
};

我们可以专门针对 vtable 较小(例如，1 个项目(的情况进行专门处理，并在这些情况下使用存储在类中的直接指针以提高效率。

现在我们开始super_any。 我使用super_any_t使super_any的声明更容易一些。

template<class...methods>
struct super_any_t;

这将搜索超级任何支持SFINAE的方法： 

template<class super_any, class method>
struct super_method_applies : std::false_type {};
template<class M0, class...Methods, class method>
struct super_method_applies<super_any_t<M0, Methods...>, method> :
    std::integral_constant<bool, std::is_same<M0, method>{}  || super_method_applies<super_any_t<Methods...>, method>{}>
{};

这是我们全局创建的伪方法指针，print const ly。

我们将构建它的对象存储在 any_method . 请注意，如果您使用非 lambda 构建它，事情可能会变得毛茸茸的，因为此any_method的类型用作调度机制的一部分。

template<class Sig, class F>
struct any_method {
  using signature=Sig;
private:
  F f;
public:
  template<class Any,
    // SFINAE testing that one of the Anys's matches this type:
    std::enable_if_t< super_method_applies< std::decay_t<Any>, any_method >{}, int>* =nullptr
  >
  friend auto operator->*( Any&& self, any_method const& m ) {
    // we don't use the value of the any_method, because each any_method has
    // a unique type (!) and we check that one of the auto*'s in the super_any
    // already has a pointer to us.  We then dispatch to the corresponding
    // any_method_data...
    return [&self, invoke = self.get_invoker(tag<any_method>), m](auto&&...args)->decltype(auto)
    {
      return invoke( decltype(self)(self), &m, decltype(args)(args)... );
    };
  }
  any_method( F fin ):f(std::move(fin)) {}
  template<class...Args>
  decltype(auto) operator()(Args&&...args)const {
    return f(std::forward<Args>(args)...);
  }
};

我相信C++17 中不需要的工厂方法：

template<class Sig, class F>
any_method<Sig, std::decay_t<F>>
make_any_method( F&& f ) {
    return {std::forward<F>(f)};
}

这是增强any. 它既是一个any，又带有一堆类型擦除函数指针，只要包含的any会发生变化：

template<class... methods>
struct super_any_t:boost::any, any_methods<methods...> {
private:
  template<class T>
  T* get() { return boost::any_cast<T*>(this); }
public:
  template<class T,
    std::enable_if_t< !std::is_same<std::decay_t<T>, super_any_t>{}, int>* =nullptr
  >
  super_any_t( T&& t ):
    boost::any( std::forward<T>(t) )
  {
    using dT=std::decay_t<T>;
    this->change_type( tag<dT> );
  }
  super_any_t()=default;
  super_any_t(super_any_t&&)=default;
  super_any_t(super_any_t const&)=default;
  super_any_t& operator=(super_any_t&&)=default;
  super_any_t& operator=(super_any_t const&)=default;
  template<class T,
    std::enable_if_t< !std::is_same<std::decay_t<T>, super_any_t>{}, int>* =nullptr
  >
  super_any_t& operator=( T&& t ) {
    ((boost::any&)*this) = std::forward<T>(t);
    using dT=std::decay_t<T>;
    this->change_type( tag<dT> );
    return *this;
  }  
};

由于我们将any_method存储为const对象，因此使super_any更容易一些：

template<class...Ts>
using super_any = super_any_t< std::remove_const_t<std::remove_reference_t<Ts>>... >;

测试代码：

const auto print = make_any_method<void(std::ostream&)>([](auto&& p, std::ostream& t){ t << p << "n"; });
const auto wprint = make_any_method<void(std::wostream&)>([](auto&& p, std::wostream& os ){ os << p << L"n"; });
const auto wont_work = make_any_method<void(std::ostream&)>([](auto&& p, std::ostream& t){ t << p << "n"; });
struct X {};
int main()
{
  super_any<decltype(print), decltype(wprint)> a = 7;
  super_any<decltype(print), decltype(wprint)> a2 = 7;
  (a->*print)(std::cout);
  (a->*wprint)(std::wcout);
  // (a->*wont_work)(std::cout);
  double d = 4.2;
  a = d;
  (a->*print)(std::cout);
  (a->*wprint)(std::wcout);
  (a2->*print)(std::cout);
  (a2->*wprint)(std::wcout);
  // a = X{}; // generates an error if you try to store a non-printable
}

活生生的例子。

当我尝试在super_any内存储不可打印的struct X{};时，错误消息至少在叮当声中似乎是合理的：

main.cpp:150:87: error: invalid operands to binary expression ('std::ostream' (aka 'basic_ostream<char>') and 'X')
const auto x0 = make_any_method<void(std::ostream&)>([](auto&& p, std::ostream& t){ t << p << "n"; });

当您尝试将X{}分配到super_any<decltype(x0)>时，就会发生这种情况。

any_method的结构与pseudo_method充分兼容，的作用类似于变体，它们可能会被合并。

我在这里使用手动 vtable 将类型擦除开销保持在每super_any 1 个指针。 这会增加每个any_method调用的重定向成本。 我们可以很容易地将指针直接存储在super_any中，并且将其作为super_any参数并不难。 无论如何，在 1 擦除方法的情况下，我们应该直接存储它。

两个相同类型的不同any_method(例如，都包含函数指针(生成相同类型的super_any。 这会导致查找时出现问题。

区分它们有点棘手。 如果我们更改super_any取auto* any_method，我们可以将所有相同类型的any_method捆绑在 vtable 元组中，如果指针超过 1，则对匹配的指针进行线性搜索。 编译器应该优化线性搜索，除非您正在做一些疯狂的事情，例如将引用或指针传递给我们正在使用的特定any_method。

然而，这似乎超出了这个答案的范围;这种改进的存在就足够了。

此外，可以添加一个在左侧获取指针(甚至引用！(的->*，让它检测到这一点并将其传递给 lambda。 这可以使其成为真正的"任何方法"，因为它可以使用该方法处理变体、super_anys和指针。

通过一些if constexpr工作，lambda 可以在每种情况下分支执行 ADL 或方法调用。

这应该给我们：

(7->*print)(std::cout);
((super_any<&print>)(7)->*print)(std::cout); // C++17 version of above syntax
((std::variant<int, double>{7})->*print)(std::cout);
int* ptr = new int(7);
(ptr->*print)(std::cout);
(std::make_unique<int>(7)->*print)(std::cout);
(std::make_shared<int>(7)->*print)(std::cout);

any_method只是"做正确的事"(即将价值提供给std::cout <<(。

这是我的解决方案。它看起来比Yakk的短，并且不使用std::aligned_storage和放置新。它还支持有状态和局部函子(这意味着可能永远不可能写super_any<&print>，因为print可能是局部变量(。

any_method：

template<class F, class Sig> struct any_method;
template<class F, class Ret, class... Args> struct any_method<F,Ret(Args...)> {
  F f;
  template<class T>
  static Ret invoker(any_method& self, boost::any& data, Args... args) {
    return self.f(boost::any_cast<T&>(data), std::forward<Args>(args)...);
  }
  using invoker_type = Ret (any_method&, boost::any&, Args...);
};

make_any_method：

template<class Sig, class F>
any_method<std::decay_t<F>,Sig> make_any_method(F&& f) {
  return { std::forward<F>(f) };
}

super_any：

template<class...OperationsToTypeErase>
struct super_any {
  boost::any data;
  std::tuple<typename OperationsToTypeErase::invoker_type*...> operations = {};
  template<class T, class ContainedType = std::decay_t<T>>
  super_any(T&& t)
    : data(std::forward<T>(t))
    , operations((OperationsToTypeErase::template invoker<ContainedType>)...)
  {}
  template<class T, class ContainedType = std::decay_t<T>>
  super_any& operator=(T&& t) {
    data = std::forward<T>(t);
    operations = { (OperationsToTypeErase::template invoker<ContainedType>)... };
    return *this;
  }
};

运算符->*：

template<class...Ops, class F, class Sig,
  // SFINAE filter that an op matches:
  std::enable_if_t< std::disjunction< std::is_same<Ops, any_method<F,Sig>>... >{}, int> = 0
>
auto operator->*( super_any<Ops...>& a, any_method<F,Sig> f) {
  auto fptr = std::get<typename any_method<F,Sig>::invoker_type*>(a.operations);
  return [fptr,f, &a](auto&&... args) mutable {
    return fptr(f, a.data, std::forward<decltype(args)>(args)...);
  };
}

用法：

#include <iostream>
auto print = make_any_method<void(std::ostream&)>(
  [](auto&& self, auto&& os){ os << self; }
);
using printable_any = super_any<decltype(print)>;
printable_any bob = 7; // sets up the printing data attached to the any
int main() {
  (bob->*print)(std::cout); // prints 7
  bob = 3.14159;
  (bob->*print)(std::cout); // prints 3.14159
}

住

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