基于可变参数模板的类成员变量

Question

给定一个类型、名称和默认值的列表，我可以很容易地编写一个工具来生成有效的 C++ 代码，该代码用每种类型、名称和默认值的成员变量声明一个类。例如，给定列表

• int, foo, 42
• 浮点数，条形，0.1f

（和类名“Baz”），它会生成

class Baz {
    int foo = 42;
    float bar = 0.1f;
}

如果一个工具可以生成这样一个类，编译器不能为我做吗？我正在考虑这些方面的事情（注意：这是伪代码）：

template <typename ...MemberTypes> class Baz {
    MemberTypes::type... MemberTypes::name... = MemberTypes::default...;
}

上面的类会被创建类似

using MyBaz = Baz<member_type<int, "foo", 42>, member_type<float, "bar", 0.1f>>;

这可能的原因：

• 所有必需的信息在编译时都可用。外部工具可以轻松完成。
• 可以用类似的方式 (Declare member variables from variadic template parameter) 创建一个使用元组而不是专用成员变量的类。
• 我可以使用模板特化对成员的有限组合进行近似。
• 模板元编程是图灵完备的 (C++ templates Turing-complete?)，所以“一切”都应该是可能的。

不可能的原因：

• 模板参数不能是字符串字面量 (Passing a string literal as a parameter to a C++ template class)，实际上，不能是整数。
• 我想不出这样做的方法（弱论点）。

如果可以，该怎么做？如果不可能，为什么不呢？即将到来的 c++17 在这方面有什么改变吗？

更新：示例问题： 通常，配置数据存储为字符串层次结构或其他形式的“任何类型”。然而，这会导致代码丑陋 (config.get<int>("core.timeout")) 并阻止编译器帮助解决拼写错误等问题 (config.get<int>("core.timeuot"))。

通过声明每个配置变量的真实类型，编译器可以检查类型并防止拼写错误。但是，需要自定义代码将配置数据读入正确的成员变量。如果添加了新的配置开关，很容易忘记更新这段代码。

只指定所有成员的类型和名称会很方便，然后让编译器自动生成类（包括读取配置文件的方法）。这是我要求的功能的一个可能用例。

Answer 1

C++ 还没有反射工具。特别是，不可能按照您希望的方式生成和操作实体的名称。

然而，预处理器可以以有限的方式做到这一点，这（在 Boost.PP 的帮助下，使其打勾的样板文件）使我们能够编写以下内容（直接取自 another answer of mine）：

#define GLK_PP_DETAIL_SEQ_DOUBLE_PARENS_0(...) \
     ((__VA_ARGS__)) GLK_PP_DETAIL_SEQ_DOUBLE_PARENS_1

#define GLK_PP_DETAIL_SEQ_DOUBLE_PARENS_1(...) \
     ((__VA_ARGS__)) GLK_PP_DETAIL_SEQ_DOUBLE_PARENS_0

#define GLK_PP_DETAIL_SEQ_DOUBLE_PARENS_0_END
#define GLK_PP_DETAIL_SEQ_DOUBLE_PARENS_1_END

// Double the parentheses of a Boost.PP sequence
// I.e. (a, b)(c, d) becomes ((a, b))((c, d))
#define GLK_PP_SEQ_DOUBLE_PARENS(seq) \
    BOOST_PP_CAT(GLK_PP_DETAIL_SEQ_DOUBLE_PARENS_0 seq, _END)


#define MAKE_ONE_VARIABLE(r, data, elem) \
    BOOST_PP_TUPLE_ELEM(0, elem) BOOST_PP_TUPLE_ELEM(1, elem) = BOOST_PP_TUPLE_ELEM(2, elem);

#define MAKE_CLASS(className, members) \
    struct className { \
        BOOST_PP_SEQ_FOR_EACH(MAKE_ONE_VARIABLE, ~, GLK_PP_SEQ_DOUBLE_PARENS(members)) \
    }

...并像这样使用它：

MAKE_CLASS(Baz, (int, foo, 42)(float, bar, 0.1f));

... 扩展为：

struct Baz {
    int foo = 42;
    float bar = 0.1f;
};

Answer 2

使用模板定义类成员的名称是不可能的，并且字符串文字与模板一起使用具有挑战性。但是，如果您愿意将类型用作成员标识符，则可以实现接近您想要的结果。

我建议为您的member_type 类型定义以下定义：

// Class member
template<class type_t, class name_t, type_t default_value = type_t() >
struct member_type {
    using type = type_t;
    using name = name_t;
    type_t value = default_value;
};

然后您将定义一个使用模板生成的成员的类型。像这样的：

template<class ... T>
struct t_templated_members
{ 
    using t_members_list = std::tuple<T...>;
    t_members_list members;
};

您会以与您建议的方式类似的方式定义成员列表，但将成员的名称替换为类型。

// "names" of your members
struct member_x {};
struct member_y {};

using foo = t_templated_members< 
    member_type<int, member_x, 10>,
    member_type<char, member_y, 'a'> >;

使用一些帮助模板，您可以根据成员的“名称”类型获取成员的值。

namespace details
{
    // Checks if the member at index I is the right one
    template<class T, class U, size_t I>
    using is_right_member = std::is_same<
        typename std::tuple_element_t<I, typename U::t_members_list>::name, T>;

    // Get the index of a member
    template<class T, class U, size_t I = 0 >
    struct find_element : public std::conditional_t<
        is_right_member<T, U, I>::value,
        std::integral_constant<decltype(I), I>,
        find_element<T, U, I + 1>> 
    { };
}

template<class T, class U>
auto & member_get(U & host)
{
    constexpr auto index = details::find_element<T, U>::value;

    return std::get<index>(host.members).value;
};

使用member_get，您现在可以访问您为foo 定义的成员：

#include <iostream>

int main()
{
    foo my_foo;

    auto & x = member_get<member_x>(my_foo);
    std::cout << x << ' ';
    x = 6;
    std::cout << member_get<member_x>(my_foo) << '\n';

    std::cout << member_get<member_y>(my_foo) << ' ';
    member_get<member_y>(my_foo) = 'b';
    std::cout << member_get<member_y>(my_foo) << '\n';

    return 0;
}