在编译时用模板填充运行时数据

Fill runtime data at compile time with templates

本文关键字：填充 运行时 数据 编译      更新时间：2023-10-16

我有一个特殊的情况，我想在编译时准备一些运行时结构，而不需要复制代码。

我有两个结构体，我用它们在编译时为我编写的编译器注册一些类型:

using TypeID = u8;
template<typename T, typename TYPE_ID, TYPE_ID I>
struct TypeHelper
{
  static constexpr TYPE_ID value = std::integral_constant<TYPE_ID, I>::value;
};
template<typename T> struct Type : TypeHelper<T, u8, __COUNTER__> { static_assert(!std::is_same<T,T>::value, "Must specialize for type!"); };

这些是在配置头中与一个宏一起使用的，该宏针对我需要的多种类型特殊化Type<T>:

using type_size = unsigned char;
#define GET_NTH_MACRO(_1,_2,_3, NAME,...) NAME
#define REGISTER_TYPE(...) GET_NTH_MACRO(__VA_ARGS__, REGISTER_TYPE3, REGISTER_TYPE2, REGISTER_TYPE1)(__VA_ARGS__)
#define REGISTER_TYPE1(_TYPE_) REGISTER_TYPE2(_TYPE_, _TYPE_)
#define REGISTER_TYPE2(_TYPE_,_NAME_) 
constexpr TypeID TYPE_##_NAME_ = __COUNTER__; 
template<> struct Type<_TYPE_> : TypeHelper<_TYPE_, type_size, TYPE_##_NAME_> { 
  static constexpr const char* name = #_NAME_; 
};
REGISTER_TYPE(void)
REGISTER_TYPE(s64)
REGISTER_TYPE(s32)

让这些展开为

constexpr TypeID TYPE_void = 2; 
template<> struct Type<void> : TypeHelper<void, type_size, TYPE_void> { static constexpr const char* name = "void"; };
constexpr TypeID TYPE_s64 = 3; 
template<> struct Type<s64> : TypeHelper<s64, type_size, TYPE_s64> { static constexpr const char* name = "s64"; };
constexpr TypeID TYPE_s32 = 4;
template<> struct Type<s32> : TypeHelper<s32, type_size, TYPE_s32> { static constexpr const char* name = "s32"; };

这很好，但是编译器也需要一些关于这些类型的运行时信息，所以除了这些，我还必须定义一些辅助函数，比如

static TypeID typeForIdent(const std::string& name);
static const char* nameForType(TypeID type);
static void mapTypeName(TypeID type, const std::string& name);
inline bool isSigned(TypeID type)
{
  return type == Type<s8>::value || type == Type<s16>::value ||
  type == Type<s32>::value || type == Type<s64>::value;
}

和类似的函数

这些函数必须在没有模板参数的情况下工作，因此TypeID必须是一个普通参数。但是我需要在代码的单独部分初始化这些数据，例如:

mapTypeName(Type<s32>::value, "s32");

使用静态std::unordered_map<TypeID, std::string>。当然，这也意味着，当大多数信息在编译时通过类型定义已经可用时，我必须维护两倍的代码。

我想知道是否有一些晦涩的技巧，我错过了可以合并这些，以便REGISTER_TYPE宏也注册运行时信息。我还没有准备好，但是也许有一个聪明的方法来处理这个

如果您不是特别关心将运行时数据注册到映射中的性能，您可以简单地使用inline函数返回对static映射实例的引用，并在REGISTER_TYPE宏中生成"dummy" registrar实例，这些实例在其构造函数中填充映射。

inline auto& registration_map()
{
    static std::unordered_map<int, std::string> m;
    return m;
}
struct registrar 
{ 
    registrar(int id, std::string s) 
    {
        registration_map()[id] = std::move(s);   
    }
};
template <typename T>
struct TypeHelper { };
#define CAT3_IMPL(a, b, c) a ## b ## c
#define CAT3(a, b, c) CAT3_IMPL(a, b, c)
#define REGISTER_TYPE(id, type) 
    template<> struct TypeHelper<type> { }; 
    [[maybe_unused]] registrar CAT3(unused_registrar_, __LINE__, type) {id, #type};
REGISTER_TYPE(0, int)
REGISTER_TYPE(1, float)
REGISTER_TYPE(2, double)
int main()
{
    assert(registration_map()[0] == "int");
    assert(registration_map()[1] == "float");
    assert(registration_map()[2] == "double");
}

关于wandbox的完整示例。

指出:

  • 如果相同的REGISTER_TYPE包含在多个翻译单元中，您可能会得到重复注册。

  • CAT3(unused_registrar_, __LINE__, type)用于生成一个唯一的名称，不会与其他REGISTER_TYPE扩展冲突。

我看到你使用c++扩展__COUNTER__，因此你可能会发现有趣的字符串文字gcc和clang扩展，这将允许你绑定字符串文字表示注册类型直接到你的Type(不需要额外的标识号):

#include <iostream>
template <class Char, Char... Cs>
struct string_literal { 
    static Char str[sizeof...(Cs) + 1]; 
};
template <class Char, Char... Cs>
Char string_literal<Char, Cs...>::str[sizeof...(Cs) + 1] = { Cs..., '' };
template <class Char, Char... Cs>
constexpr string_literal<Char, Cs...> operator ""_sl() {
    return {};
}
template <class T, class SL>
struct TypeHelper { };
template <class T>
struct Type;
template <class A, class B>
auto getType(TypeHelper<A, B>) {
    return B{};
}
#define REGISTER(TYPE) template <> 
     struct Type<TYPE>: TypeHelper<TYPE, decltype(#TYPE##_sl)> { };
struct X{};
REGISTER(void)
REGISTER(int)
REGISTER(X)
int main(){
    std::cout << decltype(getType(Type<void>{}))::str << std::endl;
}
输出:

空白

(现场演示)

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