非静态模板成员：可能吗？

Question

是否可以在类中创建非静态模板字段？
如果没有，如何解决？

此类字段应在编译时根据需要创建。

示例

我有很多B-class，比如B1,B2,B3。
（实际上，它们有更有意义的名字。）

我想创建一个类D，它具有非静态模板函数add<BX>()，每次我调用它时都必须counter++，对于每个人BX，对于一个D 的某个实例。
（在实际情况下，它做了更复杂的事情。）

这是一个有效的demo 来实现它。
可悲的是，我目前必须在D 中逐个（B1、B2、B3）对每个BX 进行硬编码：-

class B1{};class B2{};class B3{};
class Counter{
    public: int counter=0;
};
template<class BX>class Tag{};
class D{
    Counter countB1;
    Counter countB2;
    Counter countB3;
    public: template<class BX> void add(){  
        add_(Tag<BX>());
    }
    private:
    void add_(Tag<B1>){ countB1.counter++;}
    void add_(Tag<B2>){ countB2.counter++;}
    void add_(Tag<B3>){ countB3.counter++;}
    public: template<class BX> int get(){
        return get_(Tag<BX>());
    }
    private:
    int get_(Tag<B1>){  return countB1.counter;}
    int get_(Tag<B2>){  return countB2.counter;}
    int get_(Tag<B3>){  return countB3.counter;}
};

这里是用法。注意D 的每个实例都有自己的counter：-

int main() {
    D d1;
    d1.add<B2>();   d1.add<B2>();   d1.add<B3>();
    std::cout<<d1.get<B1>()<<" "<<d1.get<B2>()<<" "<<d1.get<B3>()<<"\n";
    //^ print 0 2 1  
    D d2;
    d2.add<B1>();
    std::cout<<d2.get<B1>()<<" "<<d2.get<B2>()<<" "<<d2.get<B3>()<<"\n";
    //^ print 1 0 0  (not 1 2 1)
    return 0;
}

我的梦想是：-

class D{
    Counter<BX> countBX; //???
    public: template<class BX> void add(){  
         Counter<BX>::getNonStaticInstance(this).counter++; //???
    }
    public: template<class BX> int get(){
        return Counter<BX>::getNonStaticInstance(this).counter; //???
    }
};

如果countBX 是静态的，我知道该怎么做，但对于非静态来说，这似乎是不可能的。

Answer 1

您不需要RTTI 来解决这个问题，也不需要std::map，它们非常昂贵（特别是RTTI）。可变参数模板和继承可以为您解决这个问题：

class B1 {}; class B2 {}; class B3 {};

template<typename T>
class Counter {
  public:
    int counter = 0;
};

template<class... BXs>
class D : public Counter<BXs>... {
  public:
    template<typename B>
    void add() {
      Counter<B>::counter++;
    }

    template<typename B>
    int get() {
      return Counter<B>::counter;
    }
};

这与您真正想要的非常接近（顺便说一句，您走在正确的轨道上）。

Answer 2

使用索引和 RTTI 的 std::map std::unordered_map（Yakk 的建议；谢谢）？

#include <map>
#include <iostream>
#include <typeindex>

class B1 {};
class B2 {};
class B3 {};

class D
 {
   private:
      std::unordered_map<std::type_index, std::size_t> bxMap;

   public:
      template <typename BX>
      void add ()
       { ++ bxMap[std::type_index(typeid(BX))]; }

      template <typename BX>
      int get ()
       { return bxMap[std::type_index(typeid(BX))]; }
 };

int main ()
 {
   D d1;
   d1.add<B2>();    d1.add<B2>();   d1.add<B3>();
   std::cout<<d1.get<B1>()<<" "<<d1.get<B2>()<<" "<<d1.get<B3>()<<"\n";
   //^ print 0 2 1
   D d2;
   d2.add<B1>();
   std::cout<<d2.get<B1>()<<" "<<d2.get<B2>()<<" "<<d2.get<B3>()<<"\n";
   //^ print 1 0 0
   return 0;
 }

Answer 3

不幸的是，在我们对标准进行反思之前，没有简单的方法可以迭代类的成员。

在此之前的解决方案要么涉及自己实现反射（很难并且经常使用带有自身问题的宏，例如可调试性），要么将您的类型包装成另一种类型（更容易）。

我们可以使用具有std::array 计数器的基类来做到这一点，每个BX 一个：

template<class... Bs>
struct Base
{
    std::array<Counter, sizeof...(Bs)> counters;
    // ... more on this later
};

然后我们的D 类可以从中派生并获取它需要的计数器：

struct D :  Base<B1, B2, B3>{ /*...*/};

接下来我们要做的是在基类中实现一个IndexOf 函数，它允许我们将一个类型（B1B2B3 之一）转换为一个索引。

我们可以使用类型特征和折叠表达式来做到这一点：

template<class T>
static constexpr int IndexOf()
{
    // find index of T in Bs...
    int toReturn = 0;
    int index = 0;
    (..., (std::is_same_v<T, Bs> ? toReturn = index : ++index));
    return toReturn;
}

现在我们的D 类被大大简化了，不再依赖标签调度：

struct D :  Base<B1, B2, B3>{   
    template<class BX> 
    void add(){ 
        counters[IndexOf<BX>()].counter++;
    }

    template<class BX> 
    int get(){
        return counters[IndexOf<BX>()].counter;;
    }
};

Live Demo

---

编辑：

IndexOf的C++14版本：

template<class T>
static constexpr int IndexOf()
{
    // find index of T in Bs...
    int toReturn = 0;
    int index = 0;
    using swallow = int[];
    (void) swallow {0, (std::is_same<T, Bs>() ? toReturn = index : ++index, 0)...};
    return toReturn;
}

C++14 Demo