按变量名遍历结构

Question

更新：6 个月后，我刚刚遇到了这个答案：Is it legal to index into a struct?: Answer by Slava。我认为这是比此处提供的任何解决方案更好的解决方案，因为绝对没有未定义的行为。希望这对下一个人有所帮助，因为对我来说已经太迟了。

---

在您评论告诉我使用数组或向量或任何形式的容器之前，这是一个硬道理，我不能。我知道，这将通过数组来解决，否则任何解决方案都非常“hacky”。我很想使用容器，但我绝对不能。

我是一家大型公司的中级开发人员，我们正在使用公司范围内的库通过以太网发送数据。为什么它不能支持数组/向量有多种原因，而是使用 POD 结构（普通旧数据 - 字符、浮点数、整数、布尔值）。我从一个浮点数组开始，我必须使用它来填充具有相同数量的浮点数的结构。由于这个库的目的是通过以太网发送消息，所以我只需要进行两次迭代——一次在发送上，一次在接收上。在所有其他时间，此数据都存储为数组。我知道 - 我应该序列化数组并按原样发送它们，但我再说一遍 - 我绝对不能。

我有一个float[1024]，必须遍历数组并填充以下结构：

struct pseudovector
{
    float data1;
    float data2;
    float data3;
    ...
    float data1024;
}

我已经用BOOST_PP_REPEAT 和BOOST_PP_SEQ_FOR_EACH_I 生成了这个结构，这样我就不必写出所有的1024 个浮点数，而且它提高了可维护性/可扩展性。

以同样的方式，我尝试通过预编译器## concatination (https://stackoverflow.com/a/29020943/2066079) 迭代结构，但由于这是在预编译器时完成的，它不能用于运行时获取/设置。

我已经研究过实现反射，例如 How can I add reflection to a C++ application? 和 Ponder Library，但是这两种方法都要求您明确写出可以反射的每个项目。在这种情况下，我不妨创建一个 std::map<string, float> 并通过字符串/整数连接在 for 循环中进行迭代：

for(i=0;i<1024;i++)
{
    array[i] = map.get(std::string("data")+(i+1))
}

谁能推荐一个不需要我写出超过 1024 行代码的更简洁的解决方案？感谢您的帮助！

我再重复一遍 - 我绝对不能使用任何类型的数组/向量。

Answer 1

这可能比您预期的要容易。首先，一些警告：

1. 标准保证数组是连续的；也就是说，它们之间没有插入填充，并且数组本身与元素类型的对齐要求对齐。

2. 结构体没有这样的限制；它们可以受到任意填充。但是，给定的实现（在给定的版本）将在所有翻译单元中以相同的方式执行此操作（否则，如何使用相同的结构定义跨翻译单元传递数据？）。这样做的通常方法是相当明智的，尤其是当结构包含单一类型的 only 成员时。对于这样的结构，对齐方式通常匹配成员的最大对齐方式，并且通常没有填充，因为所有成员都具有相同的对齐方式。

在您的情况下，您的 1024 个浮点数组和具有 1024 个浮点成员的结构几乎可以肯定具有完全相同的内存布局。这标准绝对不能保证，但是您的编译器可能会记录其结构布局规则，并且您始终可以在单元测试中断言大小和对齐方式匹配（您确实有单元测试，对吗？）

鉴于这些警告，您几乎可以肯定能够在两者之间简单地使用reinterpret_cast（或memcpy）。

Answer 2

您可以使用类型双关将结构视为一个数组。

float array[1024] = { ... };
pseudovector pv1;
float *f = static_cast<float*>(static_cast<void*>(&pv1));
for (int i = 0; i < 1024; i++) {
    f[i] = array[i];
}

Answer 3

您可以使用预处理器元编程来创建您的数组。你可以这样做：

#define ACCESSOR(z, n, type) &type::data ## n

auto arr[] = {
    BOOST_PP_ENUM(1000, ACCESSOR, pseudovector)
};

很可能需要调整 ACCESSOR。在这里使用auto 可能也不合法。

然后你做：

auto val = (pv1.*arr)[4];

等等……

不需要 UB。

Answer 4

使用Boost.Hana，如果您可以使用最新版本的 Clang 或 GCC（afaik，唯一支持的编译器）进行编译。

请允许我引用教程中的 Introspection 部分：

正如我们将在此处讨论的那样，静态自省是 程序在编译时检查对象的类型。其他 换句话说，它是一个与类型交互的编程接口 编译时。例如，你有没有想过检查一些 未知类型有一个名为 foo 的成员？或者也许在某个时候你有 需要迭代结构的成员吗？

对于introspecting user-defined types，您必须使用 Hana 定义结构，但这与以其他方式定义结构没有太大区别：

struct pseudovector {
   BOOST_HANA_DEFINE_STRUCT(pseudovector,
    (float, data1),
    (float, data2),
    …
  );
};

您应该能够轻松地修改生成当前结构所需的任何宏，以生成这个。

这会向pseudovector 添加一个嵌套结构，该结构仅包含一个静态成员函数。它不会影响 POD 特性、大小或数据布局。

然后你可以像这个例子一样遍历它：

pseudovector pv;

hana::for_each(pv, [](auto pair) {
  std::cout << hana::to<char const*>(hana::first(pair)) << ": "
            << hana::second(pair) << std::endl;
});

这里，pair 的成员是一个hana 编译时字符串（成员名称）和值。如果您希望 lambda 接受两个参数（名称和值），请使用 hana::fuse：

hana::for_each(pv, hana::fuse([](auto name, auto member) {
  std::cout << hana::to<char const*>(name) << ": " << member << std::endl;
}));