C++：宏可以将“abc”扩展为“a”、“b”、“c”吗？

Question

我编写了一个可变参数模板，它接受可变数量的char 参数，即

template <char... Chars>
struct Foo;

我只是想知道是否有任何宏技巧可以让我使用类似于以下的语法来实例化它：

Foo<"abc">

或

Foo<SOME_MACRO("abc")>

或

Foo<SOME_MACRO(abc)>

等等

基本上，任何能阻止你单独写字符的东西，就像这样

Foo<'a', 'b', 'c'>

这对我来说不是什么大问题，因为它只是一个玩具程序，但我想我还是会问。

Answer 1

我今天创建了一个，并在 GCC4.6.0 上进行了测试。

#include <iostream>

#define E(L,I) \
  (I < sizeof(L)) ? L[I] : 0

#define STR(X, L)                                                       \
  typename Expand<X,                                                    \
                  cstring<E(L,0),E(L,1),E(L,2),E(L,3),E(L,4), E(L,5),   \
                          E(L,6),E(L,7),E(L,8),E(L,9),E(L,10), E(L,11), \
                          E(L,12),E(L,13),E(L,14),E(L,15),E(L,16), E(L,17)> \
                  cstring<>, sizeof L-1>::type

#define CSTR(L) STR(cstring, L)

template<char ...C> struct cstring { };

template<template<char...> class P, typename S, typename R, int N>
struct Expand;

template<template<char...> class P, char S1, char ...S, char ...R, int N>
struct Expand<P, cstring<S1, S...>, cstring<R...>, N> :
  Expand<P, cstring<S...>, cstring<R..., S1>, N-1>{ };

template<template<char...> class P, char S1, char ...S, char ...R>
struct Expand<P, cstring<S1, S...>, cstring<R...>, 0> {
  typedef P<R...> type;
};

一些测试

template<char ...S> 
struct Test {
  static void print() {
    char x[] = { S... };
    std::cout << sizeof...(S) << std::endl;
    std::cout << x << std::endl;
  }
};

template<char ...C>
void process(cstring<C...>) {
  /* process C, possibly at compile time */
}

int main() {
  typedef STR(Test, "Hello folks") type;
  type::print();

  process(CSTR("Hi guys")());
}

因此，虽然您没有得到 'a', 'b', 'c'，但您仍然会得到编译时字符串。

Answer 2

基于 Sylvain Defresne 上述响应的解决方案在 C++11 中是可能的：

#include <boost/preprocessor/repetition/repeat.hpp>
#include <boost/preprocessor/punctuation/comma_if.hpp>

template <unsigned int N>
constexpr char get_ch (char const (&s) [N], unsigned int i)
{
    return i >= N ? '\0' : s[i];
}

#define STRING_TO_CHARS_EXTRACT(z, n, data) \
        BOOST_PP_COMMA_IF(n) get_ch(data, n)

#define STRING_TO_CHARS(STRLEN, STR)  \
        BOOST_PP_REPEAT(STRLEN, STRING_TO_CHARS_EXTRACT, STR)

// Foo <STRING_TO_CHARS(3, "abc")>
//   expands to
// Foo <'a', 'b', 'c'>

此外，如果所讨论的模板能够处理多个终止 '\0' 字符，我们可以放宽长度要求以支持最大长度：

#define STRING_TO_CHARS_ANY(STR) \
        STRING_TO_CHARS(100, STR)

// Foo <STRING_TO_CHARS_ANY("abc")>
//   expands to
// Foo <'a', 'b', 'c', '\0', '\0', ...>

以上示例在 clang++ (3.2) 和 g++ (4.8.0) 上正确编译。

Answer 3

有很多试验，但我认为它最终注定要失败。

要了解原因，需要了解预处理器的工作原理。预处理器的输入可以被认为是一个流。此流首先在 preprocessing-tokens 中进行转换（列表在 The C++ Programming Language, 3rd Edition, Annexe A Grammar, page 795）

在这些标记上，预处理器只能应用非常有限数量的操作，除了 digrams/trigrams 的东西，这相当于：

• 文件包含（用于头指令），据我所知，这可能不会出现在宏中
• 宏替换（这是非常复杂的东西：p）
• #：将标记转换为 string-literal 标记（用引号括起来）
• ##：连接两个标记

就是这样。

• 没有预处理器指令可以将一个标记拆分为多个标记：这是宏替换，这意味着实际上首先定义了一个宏
• 没有预处理器指令可以将 string-literal 转换为常规标记（删除引号），然后可以进行宏替换。

因此，我认为这是不可能的（在 C++03 或 C++0x 中），尽管可能（可能）对此有编译器特定的扩展。

Answer 4

基于上述user1653543的解决方案。

一些模板魔法：

template <unsigned int N>
constexpr char getch (char const (&s) [N], unsigned int i)
{
    return i >= N ? '\0' : s[i];
}

template<char ... Cs>
struct split_helper;

template<char C, char ... Cs>
struct split_helper<C, Cs...>
{
    typedef push_front_t<typename split_helper<Cs...>::type, char_<C>> type;
};

template<char ... Cs>
struct split_helper<'\0', Cs...>
{
    typedef std::integer_sequence<char> type;
};

template<char ... Cs>
using split_helper_t = typename split_helper<Cs...>::type;

一些 PP 魔法：

#define SPLIT_CHARS_EXTRACT(z, n, data) \
    BOOST_PP_COMMA_IF(n) getch(data, n)

#define STRING_N(n, str) \
    split_helper_t<BOOST_PP_REPEAT(n, SPLIT_CHARS_EXTRACT, str)>

#define STRING(str) STRING_N(BOOST_PP_LIMIT_REPEAT, str)

split_helper 只是减少尾随零的助手。现在STRING("Hello") 是一个类型化的编译时字符序列（std::integer_sequence<char, 'H', 'e', 'l', 'l', 'o'>）。字符串常量的长度最多为BOOST_PP_LIMIT_REPEAT 个字符。

作业：实现push_front_t 和c_str 以获取std::integer_sequence<char, ...> 的空终止字符串。 （不过，您可以尝试使用 Boost.MPL）

Answer 5

这曾经在msvc的早期版本中工作，我不知道它是否仍然有效：

#define CHAR_SPLIT(...) #@__VA_ARGS__

Answer 6

很遗憾，我认为这是无法做到的。 Boost.Preprocessor 提供了您可以从预处理器中获得的最佳效果，尤其是通过它的数据类型：

• array ：语法为 (3, (a, b, c))
• list ：语法为 (a, (b, (c, BOOST_PP_NIL)))
• sequence ：语法为 (a)(b)(c)
• tuple ：语法为 (a, b, c)

从这些类型中的任何一种，您都可以轻松创建一个宏，该宏将构建一个逗号分隔的单引号括起来的项目列表（例如参见BOOST_PP_SEQ_ENUM），但我相信这个宏的输入必须是一个这些类型中的所有类型都需要单独键入字符。

Answer 7

根据我上面讨论的内容，以下可怕的模板黑客可能足以解决这个问题。我还没有测试过这个（对不起！），但我很确定它或接近它的东西可能会起作用。

第一步是构建一个只包含一个字符元组的模板类：

template <char... Chars> class CharTuple {};

现在，让我们构建一个可以将 C 样式字符串转换为 CharTuple 的适配器。为此，我们需要以下辅助类，它本质上是一个 LISP 风格的元组 cons：

template <typename Tuple, char ch> class Cons;
template <char... Chars, char ch> class Cons<CharTuple<Chars... ch>> {
    typedef CharTuple<ch, Chars...> type;
}

假设我们有一个 meta-if 语句：

template <bool Condition, typename TrueType, typename FalseType> class If {
    typedef typename TrueType::type type;
};
template <typename TrueType, typename FalseType> class If<False> {
    typedef typename FalseType::type type;
};

那么下面应该可以让你将 C 风格的字符串转换为元组：

template <typename T> class Identity {
    typedef T type;
};

template <char* str> class StringToChars {
    typedef typename If<*str == '\0', Identity<CharTuple<>>,
                        Cons<*str, typename StringToChars<str + 1>::type>>::type type;
};

现在您可以将 C 样式的字符串转换为字符元组，您可以通过这种类型汇集输入字符串以恢复元组。不过，我们需要做更多的机器来完成这项工作。 TMP 不好玩吗？ :-)

第一步是获取你的原始代码：

template <char... Chars> class Foo { /* ... */ };

并使用一些模板专业化将其转换为

template <typename> class FooImpl;
tempalte <char... Chars> class FooImpl<CharTuple<Chars...>> { /* ... */ };

这只是另一层间接；仅此而已。

最后，你应该能够做到这一点：

template <char* str> class Foo {
    typedef typename FooImpl<typename StringToChars<str>::type>::type type;
};

我真的希望这有效。如果不是，我仍然认为这值得发布，因为它可能 ε-接近有效答案。 :-)

Answer 8

在 C++14 中，这可以通过使用立即调用的 lambda 和静态成员函数来完成，类似于 BOOST_HANA_STRING：

#include <utility>

template <char... Cs>
struct my_string {};

template <typename T, std::size_t... Is>
constexpr auto as_chars_impl(std::index_sequence<Is...>) {
    return my_string<T::str()[Is]...>{};
}

template <typename T>
constexpr auto as_chars() {
    return as_chars_impl<T>(
        std::make_index_sequence<sizeof(T::str())-1>{});
}

#define STR(literal)                                        \
    []{                                                     \
        struct literal_to_chars {                           \
            static constexpr decltype(auto) str() {         \
                return literal;                             \
            }                                               \
        };                                                  \
        return as_chars<literal_to_chars>();                \
    }()

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在 C++17 之前，STR("some literal") 返回的对象不能是 constexpr，因为 lambda 不能是 constexpr。 在 C++20 之前，您不能只写 decltype(STR("some literal"))，因为未计算的上下文中不允许使用 lambda。