将字段的偏移量作为模板参数传递给该字段

Question

我想要做的是让一个类知道它在封闭类中的偏移量，而根本没有运行时开销。这是我希望我能做的一个例子：

template<int offset>
struct Inner {
};

struct Outer {
   int placeholder;
   Inner<offsetof(Outer, ptr)> ptr; 
};

上面的代码无法编译，因为offsetof(Outer, ptr) 不知道ptr（它有助于定义它）。我已经实现了相同想法的几个版本，它们确实会产生运行时开销（在内存和执行指令中），但是我在实现“0 运行时开销”版本时遇到了麻烦，就像我上面的梦想实现一样。任何想法如何做到这一点？

Answer 1

1. 只有外部类型才能知道内部成员子对象的偏移量
2. 因此成员子对象类型需要了解外部类型
3. 幸运的是，这种事情经常出现。事实上，它的重复频率可以被认为是......奇怪。
4. 不幸的是，没有人为它想出一个好名字。因此，它被称为 Curiously Recurring Template Pattern 或简称 CRTP。

困难的是找出一种方法让 outer 类型自动生成内部偏移量，而不必手动编写每个偏移量。手工操作很容易，但很乏味，例如。

// use an enum to create distinct types
template<typename Outer, typename Outer::FieldId ID>
struct Inner
{
    static constexpr size_t offset();
};

struct Outer
{
    enum FieldId { First, Second };

    int header;
    Inner<Outer, FieldId::First> first;
    double interstitial;
    Inner<Outer, FieldId::Second> second;

    static constexpr size_t offset_of(std::integral_constant<FieldId, FieldId::First>) { return offsetof(Outer, first); }
    static constexpr size_t offset_of(std::integral_constant<FieldId, FieldId::Second>) { return offsetof(Outer, second); }
};

template<typename Outer, typename Outer::FieldId ID>
constexpr size_t Inner<Outer, ID>::offset()
{
    return Outer::offset_of(std::integral_constant<decltype(ID), ID> {});
}

这很笨拙，部分原因是 std::integral_constant 包装器（可以避免或 typedef'd），但主要是因为 ID 到字段的映射必须在代码中手动表示。

如果没有编译时反射，自动化生产很难。如果您只使用类似元组的对象而不是顶层的结构，您可以自动化所有事情，但这使得交错“智能”和愚蠢的成员变得更加困难，并且可能会改变布局，它肯定会破坏StandardLayoutType要求，这可能会阻止 offsetof 完全正常工作。

Answer 2

可以通过代码重复和大量样板断言来模拟丑陋的方式：声明具有相同布局的“模板”类，声明目标类，执行编译时断言相应字段具有相同的偏移量。

struct OuterTemplate {
   int placeholder;
   Inner<0> ptr; 
};

struct Outer {
   int placeholder;
   Inner<offsetof(OuterTemplate, ptr)> ptr; 
};

static_assert(offsetof(OuterTemplate, ptr) == offsetof(Outer, ptr), 
              "Same offsetof assumption is not working");