huaxiazhihuo

 

完备的运行时类型信息

众所周知,码猿写代码,自然要求严谨周密,殊不知想象力也很重要。本座阅码几十年,很是感概很多码猿的脑洞被大大禁锢,鲜有人能越雷池一步,特别是c++的同学,连同委员会的那一坨老头子,都很让人无语至极,出自这些人的作品,都是一个死鱼眼睛样子,千人一面,毫无灵动之生趣可言。stl,boost这些库都是这样子(虽然它们确实可以完成大多数日常任务),更别说其他的库,没有什么让人耳目一新之处。

就说说动态类型信息这块,又或者说是反射。自然,语言本身提供的废物type_info就懒得说了,除了证明c++也东施效颦,也能支持动态信息之外,就别无用处了,有谁会正儿八经的用type_info做点正儿八经的事情呢。因此,各路人马纷纷上阵,都要弥补c++在运行时类型信息上的缺失。因为类型的反射信息实在太重要,或者说,反射的用武之地太多太多,表面上很多事情不需要反射,或者字面代码上就看不到反射的痕迹,但是内里的实现,大把大把的反射在发光发热。c++坚持不在动态信息上给予一点点多余的支持,并不表示c++就不需要反射了,看看标准库这个极力回避动多态的典范,是一个怎样的失败作品,嗯,这个以后再谈吧。假如stl一开始就没有如此大力排斥动多态,你看看就连内存分配的allocator都可以做到静态类型信息里面(最新版的c++终于也要接受多态的allocator,c++界居然一片欢呼鼓舞,真是悲哀),今时今日的c++就不会在很多领域上到处割地求和。

总的来说,现在市面上的c++反射库,都是侵入式,都学着mfc那一套,都是要求继承自一个基类Object,然后才能对外提供反射信息的功能,先不说它们提供的类型信息是否完备,这样子就把用途广泛限制死在一个很窄很窄的小圈子里面了。这些反射库,1、不能反射基本类型,int、char、double、const char*、……等;2、不能反射非继承自Object的class或者struct,3、也不能反射模板类,比如vector<int>、list<vector<vector<int>>>。虽然typeid千般弱鸡,但也非一无是处,起码非侵入、平等、多态。所以,理想的反射,应该像c++原生的typeid那样无色无味:1、非侵入式的;2、可以对所有的类型都提供反射,基本类型、非Object系的struct或者class、template类型的;3、多态的,只要改类型需要运行时的类型识别,那么就返回其本身的类型(子类),而非字面上的声明类型;4、支持类型参数,也即是说,以类型传递给该函数时,就返回相应的类型信息对象。

说得具体一点,我们要求的反射库是这样子的。当然,首先要有一个类型信息对象TypeInfo,里面装满了关于对于类型的所有详细信息。如下所示:可以猜到这种反射下框架,只支持单继承,这是故意的。
    struct TypeInfo
    {
    
public:
        template
<typename Args>
        
void ConstructObject(void* obj, MemoryAllocator* alloc, Args&& args)const
        
bool IsDerviedOf(const TypeInfo* base)const;

    
public:
        
virtual TIType GetTIType()const = 0;
        
virtual const InterfaceMap* GetInterfaces()const
        
virtual jushort GetMemorySize()const
        
virtual ConstText GetName() const
        
virtual AString GetFullName()const
        
virtual jushort GetAlignSize() const
        
virtual ConstText GetSpaceName()const;
        
virtual const TypeInfo* GetBaseTypeTI()const;
        
virtual const TypeInfo* GetPointeedTI()const
        
virtual size_t GetHashCode(const void* obj)const;
        
virtual bool IsValueType()const { return true; }
        
virtual bool IsClass()const { return true; }

        
virtual bool DoInitAllocator(void* obj, MemoryAllocator* memAlloc)const;
        
virtual bool NeedDestruct()const { return false; }
        
virtual void DoDefaultConstruct(void* obj)const;
        
virtual bool CanDefaultConstruct()const { return true; }
        
virtual void DoAssign(void* dest, const void* src)const;
        
virtual bool Equals(const void* objA, const void* objB)const;
        
virtual void DoDestruct(void* obj)const;
        
    };
然后,就要有一个函数TypeOf,应该是两个,一个是无参数的类型模板函数,可以这样调用,TypeOf<type>();一个是有一个参数的类型模板函数,可以这样调用,TypeOf(obj)。不管是那一个,其返回结果都是const TypeInfo*。TypeOf的要做到的事情是,对于每一种类型,有且只有一个唯一的TypeInfo对象与之对应,不管是template的还是非template的;比如,以下的几个判断必须成立。
TypeOf<int>() == TypeOf<int>();
TypeOf<int>() == TypeOf(n);    //n为整型
TypeOf<vector<int>>() == TypeOf(nums);//nums的类型为vector<int>
Object* a = new ObjectA; TypeOf(a) == TypeOf<ObjectA>();
其实这里面的原理也没什么神奇,无非就是trait配合sfine,接下来就全部都是苦力活,就是为每一种类型都专门特化一个详细描述的类型对象,用宏可以节省大量的代码。但是整个反射库,本座前前后后重构了十几次,现在也还在重构之中,终究还是解决了开发上所遇到的各种事情。比如,序列化(支持指针、支持多态)、对象与xml的互换、对象与json的互换、数据库表读写对象、格式化、Any类型、非侵入式接口、消息发送、字符串生成对象等等。
其实现方式,概括起来,就是引入间接层元函数TypeInfoImp专门用于返回一个类型type,type里面有一个GetTypeInfo()的函数。然后TypeOf调用TypeInfoImp里的type的GetTypeInfo()最终得到TypeInfo对象。代码如下所示。
    template<typename Ty> struct TypeInfoImp
    {
        typedef Ty type;
        
static const bool value = THasGetTypeInfoMethod<Ty>::value;
    };

    template
<typename Ty>
    
struct TypeInfoImp<const Ty> : public TypeInfoImp<Ty>
    {
        typedef typename TypeInfoImp
<Ty>::type type;
        
static const bool value = TypeInfoImp<Ty>::value;
    };
    
    template
<typename Ty>
    
const TypeInfo* TypeOf()
    {
        typedef typename TypeInfoImp
<Ty>::type TypeInfoProvider;
        
return TypeInfoProvider::GetTypeInfo();
    }
    
    template
<typename Ty>
    
const TypeInfo* TypeOf(const Ty& obj)
    {
        typedef typename IsRttiType
<Ty>::type is_rtti;    //又是间接层,对动态类型和非动态类型分别处理
        return ImpTypeOf(obj, is_rtti());
    }
    
    template
<>
    
struct TypeInfoImp < bool >
    {
        
static const bool value = true;
        typedef TypeInfoImp
<bool> type;
        
static TypeInfo* GetTypeInfo();
    };
        
    TypeInfo
* TypeInfoImp<bool>::GetTypeInfo()
    {
        
static TypeInfo* ti = CreateNativeTypeInfo<bool>("bool");
        
return ti;
    }
可能可以有简洁的方式,比如不需要引入TypeInfoImp,但是实际最终证明TypeInfoImp的方式最具灵活性也最能节省代码。最起码,它在自定义的struct或者class就很方便,只要改struct内部包含一个GetTypeInfo()的函数,它就可以被纳入TypeOf体系中,非常方便。对于模板类型的TypeInfoImp,就要用到哈希表了。比如,对于std::paira的类型信息,如下实现,
    template<typename FstTy, typename SndTy>
    struct TypeInfoImp < std::pair<FstTy, SndTy> >
    {
        static const bool value = true;
        typedef TypeInfoImp < std::pair<FstTy, SndTy> > type;
        static TypeInfo* GetTypeInfo()
        {
            ParamsTypeInfo<FstTy, SndTy> args;
            return PodPair::LookupTemplateTypeInfo(args);
        }
    };
提取其类型参数的const TypeInfo*,生成数组。用此数组到PodPair的哈希表里面查找,如果哈希表中以有此类型数组参数的对象就返回,否则见创建一个添加一条哈希条目,然后返回。每一个泛型类型,比如vector,list,pair都有一个属于自己的哈希表。
打完收工。原理很简单,但是对于工业级的反射库,要考虑很多细节,比如,TypeInfo对象的内存管理;怎么为enum类型生成一堆字符串,以支持字符串和enume值的互相转换;生成并保存class的构造函数和析构函数指针;命名空间的支持;仿真C#里面的attribute;如何以最方便的方式生成成员字段或者成员函数信息等等,一句话,就是他妈的体力活。但是,回报是很丰盛的,这里的苦力活做完之后,程序的其他地方上,基本上,就没有什么重复相似的代码,一切的体力工作全部就可以压在类型信息这里了。

posted on 2017-07-05 11:45 华夏之火 阅读(377) 评论(1)  编辑 收藏 引用 所属分类: C++代码自动生成

评论

# re: 完备的运行时类型信息 2017-07-06 10:47 天下

老兄,看你的博文挺有意思的啊,继续多写点啊!
  回复  更多评论   


只有注册用户登录后才能发表评论。
【推荐】超50万行VC++源码: 大型组态工控、电力仿真CAD与GIS源码库
网站导航: 博客园   IT新闻   BlogJava   知识库   博问   管理


导航

统计

常用链接

留言簿(3)

随笔分类

随笔档案

搜索

积分与排名

最新评论

阅读排行榜

评论排行榜