C++ 运行时类型切换（避免切换）

Question

我已经使用 C++ 几年了，但我还没有找到解决我经常遇到的问题的方法。知道如何解决它会很棒。

我现在拥有的是：

// Client code:
switch(currentEnumValue)
    {
    case MyEnum::kValue01:
      processData<MyEnum::kValue01>(data);
      break;
    case MyEnum::kValue02:
      processData<MyEnum::kValue02>(data);
      break;
    default:
      LOG("Invalid command");
      break;
    }

// Declarations

enum class MyEnum {kValue01, kValue02};
class MyClass
{
// code
template <MyEnum> void processData(char*); /* Implemented somewhere else */
}
  template <> void MyClass::processData<MyEnum::kValue01>(char* data); /* Implemented somewhere else */
  MyClass <> void MyClass::processData<MyEnum::kValue02>(char* data); /* Implemented somewhere else */

出于多种原因，我想移除开关。而不是它，我需要类似：processData<runtime-decltype(currentEnumValue)>(data);

我知道 typeid 以及不将编译时间和运行时混合在一起......但尽管如此，我还是想找到一些解决方案，最好排除宏。

Answer 1

这个类为给定的Enum 创建一个跳转表，直到某个count 大小基于构造一些模板并使用提供的参数调用它。它假定枚举值从 0 开始，然后转到 Count-1。

template<class Enum, Enum Count, template<Enum>class Z>
struct magic_switch {
  // return value of a call to magic_switch(Args...)
  template<class...Args>
  using R = std::result_of_t<Z<Enum(0)>(Args...)>;
  // A function pointer for a jump table:
  template<class...Args>
  using F = R<Args...>(*)(Args&&...);
  // Produces a single function pointer for index I and args Args...
  template<size_t I, class...Args>
  F<Args...> f() const {
    using ret = R<Args...>;
    return +[](Args&&...args)->ret{
      using Invoke=Z<Enum(I)>;
      return Invoke{}(std::forward<Args>(args)...);
    };
  }
  // builds a jump table:
  template<class...Args, size_t...Is>
  std::array<F<Args...>,size_t(Count)>
  table( std::index_sequence<Is...> ) const {
    return {{
      f<Is, Args...>()...
    }};
  }
  template<class...Args>
  R<Args...> operator()(Enum n, Args&&...args) {
    // a static jump table for this case of Args...:
    static auto jump=table<Args...>(std::make_index_sequence<size_t(Count)>{});
    // Look up the nth entry in the jump table, and invoke it:
    return jump[size_t(n)](std::forward<Args>(args)...);
  }
};

如果你有一个枚举：

enum class abc_enum { a, b, c, count };

还有一个函数对象模板：

template<abc_enum e>
struct stuff {
  void operator()() const {
    std::cout << (int)e << '\n';
  }
};

您可以派送：

magic_switch<abc_enum, abc_enum::count, stuff>{}(abc_enum::b);

在任何情况下，在模板stuff 中，您都会获得枚举值作为编译时间常数。你用运行时常量调用它。

开销应该类似于 switch 语句或 vtable 调用，具体取决于编译器如何优化。

live example.

请注意，将Enum 设置为std::size_t 是有效的。

在 C++11 中，您需要 make_index_sequence 和 index_sequence：

template<size_t...>
struct index_sequence {};
namespace details {
  template<size_t Count, size_t...szs>
  struct sequence_maker : sequence_maker<Count-1, Count-1, szs...> {};
  template<size_t...szs>
  struct sequence_maker<0,szs...> {
    using type = index_sequence<szs...>;
  };
}
template<size_t Count>
using make_index_sequence=typename details::sequence_maker<Count>::type;
template<class...Ts>
using index_sequence_for=make_index_sequence<sizeof...(Ts)>;

还有这个别名：

template<class Sig>
using result_of_t=typename std::result_of<Sig>::type;

然后在上面的代码中去掉std::的使用。

live example.

Answer 2

为了扩展我的评论，理想情况下我们应该有编译时反射并且能够编写一个通用的调度函数。如果没有它，一种选择是不幸地使用宏来为您使用 X 宏模式：

#define LIST_OF_CASES   \
    X_ENUM(kValue0)     \
    X_ENUM(kValue1)     \
    X_ENUM(kValue2)


enum MyEnum
{
#   define X_ENUM(a) a,
    LIST_OF_CASES
#   undef X_ENUM
};

void dispatch(MyEnum val)
{
    switch (val)
    {
#       define X_ENUM(a) case a: processData<a>(); break;
        LIST_OF_CASES
#       undef X_ENUM
    default:
        // something's really wrong here - can't miss cases using this pattern
    }
}

这种方法的一个好处是它可以扩展到大量枚举，很难省略一个案例，而且您可以使用多参数 X_ENUM 宏附加额外信息。

我知道你说过你想避免使用宏，但是没有虚函数的替代方法是拥有某种由枚举索引的函数指针静态表，这只是变相的虚函数（使用诚然，开销较低，但仍要承受间接函数调用的成本）。

Answer 3

Boost 变体的作用类似于您正在做的事情。它使您可以用基于模板的结构替换 switch 语句，该结构可以检查所有案例是否在编译时定义，然后在运行时选择一个。

例如，

using namespace boost;
using Data = variant<int, double>;

struct ProcessDataFn: static_visitor<void>
{
    char* data;
    void operator()(int& i)
    {
        // do something with data
    }

    void operator()(double& d)
    {
        // do something else
    }
};

void processData(char* data, Data& dataOut)
{
    apply_visitor(ProcessDataFn{data}, dataOut);
}

void example(char * data)
{
    Data d = 0;
    processData(data, d); // calls first overload of operator()
    Data d = 0.0;
    processData(data, d); // calls second overload
}