c++ - 如何实现通用的 switch/case，它也适用于一般的 C++ 类型并且在语法上相似？

Question

在 C/C++ 中，switch/case 只比较整数类型和编译时常量。不可能使用它们将用户/库定义的类型(如 std::string)与运行时值进行比较。 Why the switch statement cannot be applied on strings?

我们能否实现 look-a-like switch/case 来提供类似的语法糖并达到避免普通 if/else 的目的比较。

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struct X { 
  std::string s;
  bool operator== (const X& other) const { return s == other.s; }
  bool operator== (const std::string& other) const { return s == other; }
};

简而言之，如果为 X 类型定义了 operator==，那么应该能够运行此 switch/case .即:

X x1{"Hello"}, x2{"World"};
switch(x1)
{
  // compare literal or any different type for which `==` is defined
  case "Hello": std::cout << "Compared 'Hello'\n"; break;     
  // cases/default appear in between and also can fall-through without break
  default:      std::cout << "Compared 'Default'\n"; 
  // compare compiletime or runtime created objects
  case x2:    { std::cout << "Compared 'World'\n"; break; }
}

我知道以上是不可能的。但任何看起来相似的东西都会很好。
这个问题的灵感来自于此 blogspot: Fun with switch statements 中展示的一种方式.

Answer 1

实现:

#define CONCATE_(X,Y) X##Y
#define CONCATE(X,Y) CONCATE_(X,Y)
#define UNIQUE(NAME) CONCATE(NAME, __LINE__)

#define MSVC_BUG(MACRO, ARGS) MACRO ARGS
#define NUM_ARGS_2(_1, _2, _3, _4, _5, _6, _7, _8, _9, _10, _11, _12, _13, _14, TOTAL, ...) TOTAL
#define NUM_ARGS_1(...) MSVC_BUG(NUM_ARGS_2, (__VA_ARGS__))
#define NUM_ARGS(...) NUM_ARGS_1(__VA_ARGS__, 14, 13, 12, 11, 10, 9, 8, 7, 6, 5, 4, 3, 2, 1)
#define VA_MACRO(MACRO, ...) MSVC_BUG(CONCATE, (MACRO, NUM_ARGS(__VA_ARGS__)))(__VA_ARGS__)

#define switch_(X) for(struct { static_assert(not std::is_pointer<decltype(X)>::value, "No Pointers!"); \
              const decltype(X)& VALUE_; enum { CASES, DEFAULT, COMPARED } IS_ = CASES; } VAR_{X}; \
                       VAR_.IS_ != VAR_.COMPARED; \
                       VAR_.IS_ == VAR_.DEFAULT or (VAR_.IS_ = VAR_.COMPARED))

#define default_ {}} if(VAR_.IS_ == VAR_.COMPARED or VAR_.IS_ == VAR_.DEFAULT or \
                        ((VAR_.IS_ = VAR_.DEFAULT) and false)) \
                     { VAR_.IS_ = VAR_.COMPARED; CONCATE(default,__LINE__)

#define case_(...) VA_MACRO(case_, __VA_ARGS__)
#define case_1(X)    {}} if(VAR_.IS_ == VAR_.COMPARED or VAR_.VALUE_ == X) \
                         { VAR_.IS_ = VAR_.COMPARED; CONCATE(case,__LINE__)
#define case_2(X,OP) {}} if(VAR_.IS_ == VAR_.COMPARED or VAR_.VALUE_ OP X) \
                         { VAR_.IS_ = VAR_.COMPARED; CONCATE(case,__LINE__)

用法:

X x1{"Hello"}, x2{"World"};
switch_(x1)
{{ // <--- MUST
  case_("Hello"):   std::cout << "Compared 'Hello'\n"; break;
  default_:         std::cout << "Compared 'Default'\n";
  case_(x2):      { std::cout << "Compared 'World'\n"; break; }
  case_("World"): { std::cout << "Duplicate 'World' again!\n"; break; } // duplicate
}}

注意事项:

• 用途{{ }} -- 是为了修复一个场景，其中 2 个或更多语句在 case_ 下出现时没有附上用户提供的 {} .这可能导致某些语句始终执行，而不管 case_ 是哪个。是真的。
• 更高default_放置，更好的运行时性能。当没有有效案例时，将其降低可能会进行更多比较。
• 将编译重复的案例，但只会执行第一个案例。可以通过生成运行时来修复/检查此重复案例问题 abort() ，如果一个人准备好多次检查每个案例。
• 如果准备好放弃冒号的语法糖 : ，即 case(X)而不是 case(X): , 然后是 CONCATE不需要宏。保留冒号通常会给编译器警告未使用的标签(-Wunused-label)
• 此实用程序可以扩展用于其他比较，例如 < , >= , != ，或任何此类运营商；为此，我们必须向 switch_ 添加额外的参数宏观;例如OP并且必须放在 case_ 中宏为 VAR_ OP X
• 为了与 C++03 兼容，请使用 make_pair在for里面声明 struct UNIQUE(Type) { enum { ... }; }; 后循环
• 数组和字符串指针可以与以下实用程序进行比较:

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template<typename T>
struct Compare
{
  const T& this_;
  template<typename T_, size_t SIZE>
  bool
  operator== (const T_ (&other)[SIZE]) const
  {
    static_assert(std::is_same<decltype(this_), decltype(other)>::value, "Array size different!");
    return ::memcmp(this_, other, SIZE);
  }
};
template<>
struct Compare<const char*>
{
  const char* const this_;
  bool operator== (const char other[]) const { return (0 == ::strcmp(this_, other)); }
};
#define COMPARE(X) Compare<decltype(X)>{X}

用法:switch_(COMPARE(var)) {{ }} .

Demo