具有特定类型但没有模板的数据结构答案

【问题标题】：Data structure with type-specific, but without template具有特定类型但没有模板的数据结构
【发布时间】：2016-07-20 14:14:22
【问题描述】：

我注意到大多数（全部？）可以存储用户定义类型的 C++ 数据结构都使用模板：

std::vector<T>, std::unordered_map<T....>, etc.

在我看来这是必需的，否则这些数据结构将不得不返回为用户必须手动转换的险恶指针void*，如下所示：

std::vector a; 
int b;
a.push_back(b);
static_cast<int>(a.get(0));

可以不使用模板吗？还有其他替代方法吗？

编辑： 许多 cmets 建议没有模板，这是不可能/不切实际的。（谢谢！）

如果我将 <T> 限制为真正的指针（例如，不是 int/float），它仍然不切实际吗？

【问题讨论】：

static_cast on get 只是问题的一小部分。在您的示例中，假设的 vector::push 的声明是什么？
有可能，但这意味着采用纯 C 风格的策略。我可以给你的主要例子是链表和 RB 树在 Linux 内核中的实现方式
使用模板，您可以获得按值存储元素的容器。在void * 的情况下，这不是一个选项...
您觉得必须避免使用的模板是什么？它们是解决这个问题的绝佳方法。
您认为模板阻止您解决的实际问题是什么？你需要一个异构的还是什么？

标签： c++ templates data-structures

【解决方案1】：

可以不使用模板吗？

是的。可以定义一个通用的数据结构，它允许对 ^{任何类型的对象进行分组，而无需使用模板。}

有“C 方式”（C 中不存在模板）。 C方式是使用void*。您显然已经很熟悉了，但是对于答案的其他读者来说，void* 是一种特殊的指针类型，它可以指向任何类型的对象。当您使用 void* 来引用一个对象时，您实际上抛弃了该语言提供的所有类型安全性。

我认为标准库中没有任何非模板容器^†。但是，如果使用提供的模板来实例化std::vector<void*> 或类似的不是太多，那么您当然可以使用这样的模板实例来存储指向任何对象的指针。

模板比void* 更受欢迎，因为模板不会将类型安全抛到窗外。模板更容易正确使用。

^† 还没有。但std::any 计划在 C++17 中引入。它可以用来代替void*。使用std::any 你仍然抛弃了编译时类型安全性，但至少你保留了运行时安全性（当你有错误时你会得到一个异常而不是潜在的龙）。与void* 不同，std::any 管理存储对象的内存。请注意，虽然std::any 不是模板，但它的大部分成员函数都是。

还有其他替代方法吗？

除了模板和void*?从技术上讲，您还可以使用宏来生成同一程序的不同版本，类似于实例化模板。这有时在 C 中使用。在 C++ 中没有理由这样做，因为模板在各方面都更好。

【讨论】：

嗯分组 -> 存储一个集合？
@TimStraubinger 对于确实存储对象的容器（如标准容器）来说，这是一个合适的词，但我们也在考虑void*。当我们使用void* 时，我们不是在“存储” 对象。我们只是参考他们。这就是为什么我很难想出一个词来描述一般数据结构的使用。

【解决方案2】：

我会给你一个例子，为什么使用这样的集合会很危险。考虑下面的代码：

#include <vector>
#include <iostream>

using anyvector = std::vector<void *>;

int main() {
   anyvector av;
   av.push_back(new int(10));
   std::cout << (*static_cast<int*>(av[0])) << std::endl;
}

av[0] 是一个指向 int 的指针，它由老式 c++ 方式使用 new 关键字创建。因此，应该使用delete 关键字释放以这种方式分配的内存。但是要做到这一点，应该首先将指针转换为正确的类型，让编译器知道他真正删除了什么，以防止出现未定义的行为。

要清楚，我并不是说它不可能也不切实际，但它需要程序员全神贯注......

【讨论】：

这就是为什么像boost::any，很快就会成为std::any，是带有额外脚手架的模板来跟踪类型，调用正确的deleter，等等。手动执行此操作真的没有'正如您所指出的，这似乎不值得。根据我对“现代 C++”的理解，任何需要手动内存管理、外来类型转换等的东西都应该由库或其他精心制作的包装器来处理；用户代码不应该做任何事情。
有人需要编写库和包装器。用户代码（无论这意味着什么）也可以是一个库。

【解决方案3】：

您可以依赖类型擦除结构。
作为一个最小的、有效的和幼稚的例子：

#include<memory>
#include<iostream>
#include<vector>

struct Container {
    struct B {
        virtual void operator()() = 0;
    };

    template<class T>
    struct D: B {
        D(T t): o{t} {}
        void operator()() override { o(); }
        T o;
    };

    template<typename T>
    void add(T t) {
        vec.push_back(std::unique_ptr<B>{new D<T>{t}});
    }

    void operator()() {
        for(auto &ref: vec) (*ref)();
    }

    std::vector<std::unique_ptr<B>> vec;
};

struct P {
    void operator()() { std::cout << "P" << std::endl; }
};

struct Q {
    void operator()() { std::cout << "Q" << std::endl; }
};

int main() {
    Container c;
    P p;
    Q q;
    c.add(p);
    c.add(q);
    c();
}

C++17 可能会引入std::any，让你轻松搞定。
在此之前，您可以使用boost::any 或类似上述的自制类型擦除类。

【讨论】：

【解决方案4】：

我同意模板是处理容器的正确方法，std::any（或boost::any）当您不能使用容器时。然而，只是为了有趣的部分，我想指出完美的类型重建是可以通过异常进行的。请注意，这是非常不推荐，我只是为了完整性而添加它。在这种情况下，

你的向量就像std::vector<std::function<void()>>（可以简化），
你推送 v.push_back([e](){ throw e; }); 和
您访问元素的方式不亚于catching 引发的异常，例如try{ v[i](); } catch(EType& e) { ... }。

这很难看，不要这样做，这很慢，不要这样做.. 但是，另一方面，它允许完美的访问（包括继承，这是 type_info 所没有的） )、开放的层次结构（variant 没有）、链接访问者，无需基类和额外的虚函数。

BIG FAT WARNING：你可能不会用这样的代码通过我的 CR - 只是为了有趣和理论上的完整性而提到它。

【讨论】：