枚举变量作为动态模板参数

Question

假设我们有一个枚举类型：

enum DataType { INT, DOUBLE };

还有一个类型映射器：

template<DataType T>
struct TypeTraits {}; 

template<>
struct TypeTraits<INT> { typedef int T; };

template<>
struct TypeTraits<DOUBLE> { typedef double T; };

还有一些代表操作的模板（不要担心丑陋的 void 指针和类似 C 的类型转换）：

struct Operation {
  DataType rettype;

  Operation(DataType rettype) : rettype(rettype);
  virtual void* compute();
};

template<DataType RetType>
class Constant : public Operation {
  typedef typename TypeTraits<RetType>::T RType;
  RType val;

  Constant(RType val) : val(val), Operation(RetType) {}; 
  virtual void* compute(){ return &val; }
};  

template<DataType T1, DataType T2, DataType RetType>
class Add : public Operation {
  typedef typename TypeTraits<RetType>::T1 T1Type;
  typedef typename TypeTraits<RetType>::T2 T2Type;
  typedef typename TypeTraits<RetType>::RetType RType;
  RType val;

  Operation *c1, *c2;

  Add(Operation *c1, Operation *c2) : c1(c1), c2(c2), Operation(RetType) {}; 

  virtual void* compute(){
    T1Type *a = (T1Type *)c1->compute();
    T2Type *b = (T2Type *)c2->compute();
    val = *a + *b; 
    return &val;
  }   
};  

还有一个抽象的树表示：

class AbstractNode {
  enum Type { ADD, INT_CONSTANT, DOUBLE_CONSTANT };

  Type type;
  int intval;
  double doubleval;
  child1 *AbstractNode;
  child2 *AbstractNode;
}

我们正在从输入中读取序列化的抽象树，以便将其转换为操作树，然后 - 计算结果。

我们想写这样的东西：

algebrator(Operation *op){
  if(op->type == AbstractNode::INT_CONSTANT)
    return new Constant<INT>(op->intval);
  else if(op->type == AbstractNode::DOUBLE_CONSTANT)
    return new Constant<DOUBLE>(op->doubleval);
  else {
    Operation *c1 = algebrator(op->child1),
              *c2 = algebrator(op->child2);
    DataType rettype = add_types_resolver(c1->rettype, c2->rettype);
    return new Add<c1->rettype, c2->rettype, rettype>(c1, c2);
  }
}

其中add_types_resolver 是根据操作参数类型指定添加操作的返回类型的东西。

我们当然会失败，编译器会打我们的脸。我们不能将变量用作模板变量！这是因为在编译过程中实例化模板所需的所有信息都必须可用！

---

现在 - 问题。

除了编写大量 if-else 或 switch-case 语句之外，还有其他解决方案吗？我们不能以任何方式要求编译器在编译期间扩展所有情况吗？模板由枚举参数化，因此我们可以保证这样的过程是有限的。

请不要写出“我认为整个例子搞砸了”之类的回复。我只是想知道是否有一种方法可以为模板提供变量，知道它来自一个有限的小集合。

整个事情看起来有点矫枉过正，但我​​真的很好奇如何在这种不寻常的情况下实例化类。

Answer 1

使用宏的快速解决方案：

column_type.cc：

enum ColumnType {
  INT = 1,
  DOUBLE = 2,
  BOOL = 3
};

typed_call_test.cc（使用示例）：

#include <iostream>
#include "column_type.cc"
#include "typed_call.cc"

template <ColumnType T>
void PrintType() {
  ::std::cout << T <<::std::endl;
}

int main() {
  ColumnType type = INT;
  // this won't compile:
  // PrintType<type>();                  
  // and instead of writing this:
  switch (type) {                  
    case INT:                  
      PrintType<INT>();                  
      break;                  
    case DOUBLE:                  
      PrintType<DOUBLE>();                  
      break;                  
    case BOOL:                  
      PrintType<BOOL>();                  
      break;                  
  }                  
  // now you can write this:
  TYPED_CALL(PrintType, type, );

  return 0;
}

typed_call.cc（“库”）：

// Requirements:
// |function| return type must be void
//
// Usage:
//
// having for instance such |type| variable:
//   ColumnType type = INT;
// and such |foo| function definition:
//   template <ColumnType T>
//   void foo(t1 arg1, t2 arg2) {
//     …
//   }
//
// instead of writing (won't compile):
//   foo<type>(arg1, arg2);                  
// write this:
//   TYPED_CALL(foo, type, arg1, arg2);
//
//
// for foo with 0 arguments write this:
//   TYPED_CALL(foo, type, );
//
#define TYPED_CALL(function, type, args...) {                        \
  switch (type) {                                                    \
    case INT:                                                        \
      function<INT>(args);                                           \
      break;                                                         \
    case DOUBLE:                                                     \
      function<DOUBLE>(args);                                        \
      break;                                                         \
    case BOOL:                                                       \
      function<BOOL>(args);                                          \
      break;                                                         \
  }                                                                  \
}

#define BASE_TYPED_CALL(function, type, args...) {                   \
  switch (type) {                                                    \
    case INT:                                                        \
      function<int>(args);                                           \
      break;                                                         \
    case DOUBLE:                                                     \
      function<double>(args);                                        \
      break;                                                         \
    case BOOL:                                                       \
      function<bool>(args);                                          \
      break;                                                         \
  }                                                                  \
}

要将此解决方案“升级”，您可以将宏替换为函数（仍包含类似的开关构造）。但可能你想传递一个仿函数（带有 () 运算符的对象）作为这个函数的参数，而不是像这个宏中的普通函数。顺便说一句：这正是他们在 Google 中的做法。

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第一个旁注：向华沙大学列式和分布式数据仓库课程的同学问好！本课程产生了许多令人费解的 C++ 模板问题:)

第二个旁注：这是我的 Typetraits 的等效项：

template <ColumnType T>
struct EnumToBuiltin {
};

template <>
struct EnumToBuiltin<INT> {
  typedef int type;
};
template <>
struct EnumToBuiltin<DOUBLE> {
  typedef double type;
};
template <>
struct EnumToBuiltin<BOOL> {
  typedef bool type;
};


template <typename T>
struct BuiltinToEnum {
};

template <>
struct BuiltinToEnum<int> {
  static const ColumnType type = INT;
};
template <>
struct BuiltinToEnum<double> {
  static const ColumnType type = DOUBLE;
};
template <>
struct BuiltinToEnum<bool> {
  static const ColumnType type = BOOL;
};

Answer 2

我们不能以任何方式要求编译器在编译期间扩展所有情况吗？

你可以这样做。在它是动态的地方引入条件->TMP。如果你在正确的地方做，那么你将没有多少条件可以写。引入类型和常量作为编译时间信息将有助于减少这种情况。