c++ - 带有 constexpr 的编译时命名参数习语

Question

我最近遇到了很多情况，其中命名参数习语很有用，但我希望它在编译时得到保证。在链中返回引用的标准方法似乎总是调用运行时构造函数(使用 Clang 3.3 -O3 编译)。

我无法找到与此相关的任何内容，所以我试图让它与 constexpr 一起工作并获得一些功能:

class Foo
{
private:
    int _a;
    int _b;
public:
    constexpr Foo()
        : _a(0), _b(0)
    {}
    constexpr Foo(int a, int b)
        : _a(a), _b(b)
    {}
    constexpr Foo(const Foo & other)
        : _a(other._a), _b(other._b)
    {}
    constexpr Foo SetA(const int a) { return Foo(a, _b); }
    constexpr Foo SetB(const int b) { return Foo(_a, b); }
};
...
Foo someInstance = Foo().SetB(5).SetA(2); //works

虽然这对于少量参数来说没问题，但对于较大的参数，它很快就会变得一团糟:

    //Unlike Foo, Bar takes 4 parameters...
    constexpr Bar SetA(const int a) { return Bar(a, _b, _c, _d); }
    constexpr Bar SetB(const int b) { return Bar(_a, b, _c, _d); }
    constexpr Bar SetC(const int c) { return Bar(_a, _b, c, _d); }
    constexpr Bar SetD(const int d) { return Bar(_a, _b, _c, d); }

有没有更好的方法？我正在考虑使用具有许多(30 多个)参数的类来执行此操作，如果将来进行扩展，这似乎很容易出错。

编辑: 删除了 C++1y 标签——虽然 C++1y 似乎确实解决了问题(感谢 TemplateRex!)这是用于生产代码，我们坚持使用 C++ 11.如果这意味着它不可能，那么我想事情就是这样。

EDIT2:为了说明我为什么要找这个，这里有一个用例。目前在我们的平台上，开发人员需要为硬件配置显式设置位 vector ，虽然这没问题，但很容易出错。有些正在使用 C99 扩展中的指定初始化器，这没问题但不是标准的:

HardwareConfiguration hardwareConfig = {
    .portA = HardwareConfiguration::Default,
    .portB = 0x55,
    ...
};

然而，大多数人甚至没有使用它，而只是输入一团数字。因此，作为一项工作改进，我想朝着这样的方向发展(因为它也会强制使用更好的代码):

HardwareConfiguration hardwareConfig = HardwareConfiguration()
    .SetPortA( Port().SetPolarity(Polarity::ActiveHigh) )
    .SetPortB( Port().SetPolarity(Polarity::ActiveLow) );

这可能会更冗长，但在稍后阅读时会更清晰。

Answer 1

使用模板元编程

这是我为解决您的问题(至少部分解决)而想出的办法。通过使用模板元编程，您可以利用编译器为您完成大部分工作。对于那些以前从未见过此类代码的人来说，这些技术看起来很奇怪，但值得庆幸的是，大部分复杂性都可以隐藏在 header 中，用户只需以简洁明了的方式与库进行交互。

示例类定义及其使用

这里是一个例子，说明定义一个类需要你做什么:

template <
    //Declare your fields here, with types and default values
    typename PortNumber = field<int, 100>, 
    typename PortLetter = field<char, 'A'>
>
struct MyStruct : public const_obj<MyStruct, PortNumber, PortLetter>  //Derive from const_obj like this, passing the name of your class + all field names as parameters
{
    //Your setters have to be declared like this, by calling the Set<> template provided by the base class
    //The compiler needs to be told that Set is part of MyStruct, probably because const_obj has not been instantiated at this point
    //in the parsing so it doesn't know what members it has. The result is that you have to use the weird 'typename MyStruct::template Set<>' syntax
    //You need to provide the 0-based index of the field that holds the corresponding value
    template<int portNumber>
    using SetPortNumber = typename MyStruct::template Set<0, portNumber>;

    template<int portLetter>
    using SetPortLetter = typename MyStruct::template Set<1, portLetter>;

    template<int portNumber, char portLetter>
    using SetPort = typename MyStruct::template Set<0, portNumber>
                           ::MyStruct::template Set<1, portLetter>;


    //You getters, if you want them, can be declared like this
    constexpr int GetPortNumber() const
    {
        return MyStruct::template Get<0>();
    }

    constexpr char GetPortLetter() const
    {
        return MyStruct::template Get<1>();
    }
};

使用类

int main()
{
    //Compile-time generation of the type
    constexpr auto myObject = 
        MyStruct<>
        ::SetPortNumber<150>
        ::SetPortLetter<'Z'>();

    cout << myObject.GetPortNumber() << endl;
    cout << myObject.GetPortLetter() << endl;
}

大部分工作由 const_obj 完成模板。它提供了一种在编译时修改对象的机制。很像 Tuple ，使用基于 0 的索引访问字段，但这不会阻止您使用友好名称包装 setter，就像上面的 SetPortNumber 和 SetPortLetter 所做的那样。 (他们只是转发到 Set<0> 和 Set<1>)

关于存储

在当前的实现中，在调用了所有的 setter 并声明了对象之后，字段最终存储在一个 const unsigned char 的紧凑数组中。名为 data在基类中。如果您使用的字段不是无符号字符(例如上面使用 PortNumber 所做的那样)，则该字段将分为 big endien unsigned char的(可以根据需要更改为 little endien)。如果您不需要具有实际内存地址的实际存储，则可以通过修改 packed_storage 来完全省略它。 (请参阅下面的完整实现链接)并且这些值在编译时仍然可以访问。

限制

此实现仅允许整数类型用作字段(所有类型的短裤、整数、长整数、 bool 值、字符)。不过，您仍然可以提供作用于多个字段的 setter 。示例:

template<int portNumber, char portLetter>
using SetPort = typename MyStruct::template Set<0, portNumber>::
                         MyStruct::template Set<1, portLetter>;

完整代码

可以在此处找到实现这个小库的完整代码:

Full Implementation

附加说明

此代码已经过测试，适用于 g++ 和 clang 的 C++11 实现。它已经好几个小时都没有经过测试，所以当然可能存在错误，但它应该为您提供一个良好的基础。希望对您有所帮助!