Методы стирания типа
(С стиранием типа я имею в виду скрывать некоторую или всю информацию о типе относительно класса, несколько похожую на Boost.Any. )
Я хочу получить методы стирания типа, а также поделиться теми, о которых я знаю. Моя надежда - это найти какую-то сумасшедшую технику, о которой кто-то думал в свой темный час.:)
Первый и наиболее очевидный и общепринятый подход, который я знаю, являются виртуальными функциями. Просто скройте реализацию своего класса внутри иерархии классов на основе интерфейса. Многие библиотеки Boost делают это, например Boost.Any скрывает ваш тип и Boost.Shared_ptr делает это, чтобы скрыть механизм выделения (de).
Затем есть опция с указателями функций для шаблонных функций, удерживая фактический объект в указателе void*
, например Boost.Function делает, чтобы скрыть реальный тип функтора. Примеры реализации можно найти в конце вопроса.
Итак, для моего фактического вопроса:
Какие еще методы стирания типа вы знаете? Пожалуйста, предоставьте им, если это возможно, примерный код, варианты использования, ваш опыт работы с ними и, возможно, ссылки для дальнейшего чтения.
Edit
(Поскольку я не был уверен, что могу добавить это как ответ или просто отредактировать вопрос, я просто сделаю более безопасный).
Еще одна хорошая техника для скрытия фактического типа виртуальных функций без или void*
fiddling, является тем, что GMan использует здесь, что имеет значение для мой вопрос о том, как именно это работает.
Пример кода:
#include <iostream>
#include <string>
// NOTE: The class name indicates the underlying type erasure technique
// this behaves like the Boost.Any type w.r.t. implementation details
class Any_Virtual{
struct holder_base{
virtual ~holder_base(){}
virtual holder_base* clone() const = 0;
};
template<class T>
struct holder : holder_base{
holder()
: held_()
{}
holder(T const& t)
: held_(t)
{}
virtual ~holder(){
}
virtual holder_base* clone() const {
return new holder<T>(*this);
}
T held_;
};
public:
Any_Virtual()
: storage_(0)
{}
Any_Virtual(Any_Virtual const& other)
: storage_(other.storage_->clone())
{}
template<class T>
Any_Virtual(T const& t)
: storage_(new holder<T>(t))
{}
~Any_Virtual(){
Clear();
}
Any_Virtual& operator=(Any_Virtual const& other){
Clear();
storage_ = other.storage_->clone();
return *this;
}
template<class T>
Any_Virtual& operator=(T const& t){
Clear();
storage_ = new holder<T>(t);
return *this;
}
void Clear(){
if(storage_)
delete storage_;
}
template<class T>
T& As(){
return static_cast<holder<T>*>(storage_)->held_;
}
private:
holder_base* storage_;
};
// the following demonstrates the use of void pointers
// and function pointers to templated operate functions
// to safely hide the type
enum Operation{
CopyTag,
DeleteTag
};
template<class T>
void Operate(void*const& in, void*& out, Operation op){
switch(op){
case CopyTag:
out = new T(*static_cast<T*>(in));
return;
case DeleteTag:
delete static_cast<T*>(out);
}
}
class Any_VoidPtr{
public:
Any_VoidPtr()
: object_(0)
, operate_(0)
{}
Any_VoidPtr(Any_VoidPtr const& other)
: object_(0)
, operate_(other.operate_)
{
if(other.object_)
operate_(other.object_, object_, CopyTag);
}
template<class T>
Any_VoidPtr(T const& t)
: object_(new T(t))
, operate_(&Operate<T>)
{}
~Any_VoidPtr(){
Clear();
}
Any_VoidPtr& operator=(Any_VoidPtr const& other){
Clear();
operate_ = other.operate_;
operate_(other.object_, object_, CopyTag);
return *this;
}
template<class T>
Any_VoidPtr& operator=(T const& t){
Clear();
object_ = new T(t);
operate_ = &Operate<T>;
return *this;
}
void Clear(){
if(object_)
operate_(0,object_,DeleteTag);
object_ = 0;
}
template<class T>
T& As(){
return *static_cast<T*>(object_);
}
private:
typedef void (*OperateFunc)(void*const&,void*&,Operation);
void* object_;
OperateFunc operate_;
};
int main(){
Any_Virtual a = 6;
std::cout << a.As<int>() << std::endl;
a = std::string("oh hi!");
std::cout << a.As<std::string>() << std::endl;
Any_Virtual av2 = a;
Any_VoidPtr a2 = 42;
std::cout << a2.As<int>() << std::endl;
Any_VoidPtr a3 = a.As<std::string>();
a2 = a3;
a2.As<std::string>() += " - again!";
std::cout << "a2: " << a2.As<std::string>() << std::endl;
std::cout << "a3: " << a3.As<std::string>() << std::endl;
a3 = a;
a3.As<Any_Virtual>().As<std::string>() += " - and yet again!!";
std::cout << "a: " << a.As<std::string>() << std::endl;
std::cout << "a3->a: " << a3.As<Any_Virtual>().As<std::string>() << std::endl;
std::cin.get();
}
Ответы
Ответ 1
Все методы стирания стилей в С++ выполняются с указателями функций (для поведения) и void*
(для данных). "Различные" методы просто отличаются тем, как они добавляют семантический сахар. Виртуальные функции, например, являются просто семантическим сахаром для
struct Class {
struct vtable {
void (*dtor)(Class*);
void (*func)(Class*,double);
} * vtbl
};
iow: указатели на функции.
Тем не менее, есть один метод, который мне особенно нравится: shared_ptr<void>
, просто потому, что он удаляет умы людей, которые не знают, что вы можете это сделать: вы можете хранить любые данные в shared_ptr<void>
, и по-прежнему есть правильный деструктор, вызываемый в конце, потому что конструктор shared_ptr
является шаблоном функции и будет использовать тип фактического объекта, переданного для создания делетера по умолчанию:
{
const shared_ptr<void> sp( new A );
} // calls A::~A() here
Конечно, это обычное стирание типа void*
/function-pointer, но очень удобно упаковано.
Ответ 2
По сути, это ваши варианты: виртуальные функции или указатели функций.
Как вы храните данные и связываете их с функциями, которые могут отличаться. Например, вы можете хранить указатель на базу и иметь производный класс, содержащий данные и реализации виртуальных функций, или вы можете хранить данные в другом месте (например, в отдельно распределенном буфере), и просто иметь производный класс, обеспечивающий реализацию виртуальных функций, которые принимают void*
, который указывает на данные. Если вы храните данные в отдельном буфере, вы можете использовать указатели функций, а не виртуальные функции.
Сохранение указателя на базу хорошо работает в этом контексте, даже если данные хранятся отдельно, если есть несколько операций, которые вы хотите применить к данным, удаленным по типу. В противном случае вы получите несколько указателей на функции (по одному для каждой из стираемых по типу функций) или функций с параметром, который определяет выполняемую операцию.
Ответ 3
Я бы также рассмотрел (аналогично void*
) использование "raw storage": char buffer[N]
.
В С++ 0x для этого есть std::aligned_storage<Size,Align>::type
.
Вы можете хранить все, что хотите, там, пока оно достаточно мало, и вы правильно относитесь к выравниванию.
Ответ 4
Stroustrup, на языке программирования С++ (четвертое издание) §25.3, говорится:
Варианты метода использования одного представления времени выполнения для значений нескольких типов и использования системы статического типа для обеспечения того, чтобы они использовались только в соответствии с их объявленным типом, назывались стиранием типов.
В частности, не требуется использование виртуальных функций или указателей функций для выполнения стирания стилей, если мы используем шаблоны. Пример, уже упомянутый в других ответах, правильного вызова деструктора в соответствии с типом, хранящимся в std::shared_ptr<void>
, является примером этого.
Пример, предоставленный в книге Страуструпа, так же приятен.
Подумайте о реализации template<class T> class Vector
, контейнера по строкам std::vector
. Когда вы будете использовать Vector
с большим количеством разных типов указателей, как это часто бывает, компилятор предположительно генерирует другой код для каждого типа указателя.
Этот код вздутия можно предотвратить, указав специализацию указателей Vector для void*
, а затем используя эту специализацию как общую базовую реализацию Vector<T*>
для всех остальных типов T
:
template<typename T>
class Vector<T*> : private Vector<void*>{
// all the dirty work is done once in the base class only
public:
// ...
// static type system ensures that a reference of right type is returned
T*& operator[](size_t i) { return reinterpret_cast<T*&>(Vector<void*>::operator[](i)); }
};
Как вы можете видеть, у нас есть строго типизированный контейнер, но Vector<Animal*>
, Vector<Dog*>
, Vector<Cat*>
,..., будут совместно использовать тот же (С++ и) код для реализация, имеющая свой тип указателя, стертый за void*
.
Ответ 5
См. серию сообщений для (довольно короткого) списка методов стирания типа и обсуждения компромиссов:
Часть I,
Часть II,
Часть III,
Часть IV.
Я еще не видел упомянутого еще Adobe.Poly и Boost.Variant, который в некоторой степени можно считать стиранием типа.
Ответ 6
Как указано Marc, можно использовать cast std::shared_ptr<void>
.
Например, сохраните тип в указателе функции, произведите его и сохраните в функторе только одного типа:
#include <iostream>
#include <memory>
#include <functional>
using voidFun = void(*)(std::shared_ptr<void>);
template<typename T>
void fun(std::shared_ptr<T> t)
{
std::cout << *t << std::endl;
}
int main()
{
std::function<void(std::shared_ptr<void>)> call;
call = reinterpret_cast<voidFun>(fun<std::string>);
call(std::make_shared<std::string>("Hi there!"));
call = reinterpret_cast<voidFun>(fun<int>);
call(std::make_shared<int>(33));
call = reinterpret_cast<voidFun>(fun<char>);
call(std::make_shared<int>(33));
// Output:,
// Hi there!
// 33
// !
}