元编程：动态声明一个新结构

Posted 2023-02-22

【中文标题】元编程：动态声明一个新结构

【英文标题】：Meta programming: Declare a new struct on the fly

【发布时间】：2019-08-15 22:24:49

【问题描述】：

是否可以即时声明新类型（空结构体或没有实现的结构体）？

例如

constexpr auto make_new_type() -> ???;

using A = decltype(make_new_type());
using B = decltype(make_new_type());
using C = decltype(make_new_type());

static_assert(!std::is_same<A, B>::value, "");
static_assert(!std::is_same<B, C>::value, "");
static_assert(!std::is_same<A, C>::value, "");

“手动”解决方案是

template <class> struct Tag;

using A = Tag<struct TagA>;
using B = Tag<struct TagB>;
using C = Tag<struct TagC>;

甚至

struct A;
struct B;
struct C;

但是对于模板/元一些魔术make_new_type() 函数会很好。

现在stateful metaprogramming is ill-formed 可以实现类似的事情吗？

【问题讨论】：

为什么有人要这样做？什么是典型用例？

每个 lambda 都有一个独特的类型 :) 据我所知，它们是“只给我一个独特的类型”的成语——C++11 中唯一的一个。

相关：unconstexpr。 （从 GCC 8 起不再工作，并且那里的代码可能是格式错误的 NDR）

这个问题中的“On the fly”并不意味着在运行时。

【参考方案1】：

在 C++20 中：

using A = decltype([]); // an idiom
using B = decltype([]);
...

这是惯用代码：这就是人们在 C++20 中写“给我一个独特的类型”的方式。

在 C++11 中，最清晰最简单的方法是使用__LINE__：

namespace 
  template <int> class new_type ;


using A = new_type<__LINE__>; // an idiom - pretty much
using B = new_type<__LINE__>;

匿名命名空间是最重要的部分。 不将new_type 类放在匿名命名空间中是一个严重的错误：类型在翻译单元之间将不再是唯一的。在您计划发货前 15 分钟会发生各种欢闹：)

这扩展到 C++98：

namespace 
  template <int> class new_type ;


typedef new_type<__LINE__> A; // an idiom - pretty much
typedef new_type<__LINE__> B;

另一种方法是手动链接类型，并让编译器静态验证链接是否正确完成，如果不正确，则会报错。所以它不会很脆弱（假设魔法成功了）。

类似：

namespace 
  struct base_
    using discr = std::integral_type<int, 0>;
  ;

  template <class Prev> class new_type 
    [magic here]
    using discr = std::integral_type<int, Prev::discr+1>;
  ;


using A = new_type<base_>;
using A2 = new_type<base_>;
using B = new_type<A>;
using C = new_type<B>;
using C2 = new_type<B>;

只需要一点点魔法就可以确保类型为 A2 和 C2 的行不会编译。这种魔法在 C++11 中是否可行是另一回事。

【讨论】：

C++20 中是否允许“未计算操作数中的 lambda 表达式”？

是的——这很重要。它支持一些以前根本不可能的构造，无需模板元编程。哎呀，它甚至使它们变得容易。

using discr = std::integral_type<int, Prev::value+1>; 中的意思是 using discr = std::integral_type<int, Prev::discr+1>;？还？ using A = new_type<base_>; using A2 = new_type<base_>; 如何给出两种不同的类型？

它不会给出两种不同的类型，因为第二种会无法编译。实施起来有点麻烦，但这就是想法。它需要骑在标准的边缘。

【参考方案2】：

你几乎可以得到你想要的语法

template <size_t>
constexpr auto make_new_type()  return [](); 

using A = decltype(make_new_type<__LINE__>());
using B = decltype(make_new_type<__LINE__>());
using C = decltype(make_new_type<__LINE__>());

这是可行的，因为每个 lambda 表达式都会产生唯一的类型。因此，对于<> 中的每个唯一值，您将获得一个不同的函数，该函数返回一个不同的闭包。

如果你引入一个宏，你就可以不用像 __LINE__ 这样输入了

template <size_t>
constexpr auto new_type()  return [](); 

#define make_new_type new_type<__LINE__>()

using A = decltype(make_new_type);
using B = decltype(make_new_type);
using C = decltype(make_new_type);

【讨论】：

你只依赖 __LINE__ 的唯一性（所以要注意多个 TU，或者同一行上的多个类型），所以 template <size_t> struct unique_tag ; 就足够了 -> #define make_new_type unique_tag<__LINE__>。和using A = make_new_type;

@Jarod42 好点。介意我将其添加到答案中吗？

为什么不简单地using A = []();？

using A = decltype([]()); 然后。

@MooingDuck: "error: lambda-expression in unevaluate context" 虽然在 C++20 之前。

【参考方案3】：

我知道......它们是邪恶的......但在我看来，这是适用于旧 C 风格宏的作品

#include <type_traits>

#define  newType(x) \
struct type_##x ; \
using x = type_##x;

newType(A)
newType(B)
newType(C)

int main ()
 
   static_assert(!std::is_same<A, B>::value, "");
   static_assert(!std::is_same<B, C>::value, "");
   static_assert(!std::is_same<A, C>::value, "");
 

【讨论】：

我不认为这比 OP 已经做的更“即时”。特别是，您仍然需要将不同的标识符传递给宏。

@KonradRudolph - 我不知道...... OP 使用 = 运算符左侧的标识符，所以我认为并没有什么不同。但我不得不承认，NathanOliver 的基于 lambda 的解决方案要好得多，而且非常优雅。