c++ - 使用带构造函数委托(delegate)的 SFINAE 通过类模板的构造函数一般地应用方法来初始化成员

Question

我有这个类模板，它使用带构造函数委托(delegate)的 SFINAE。有 3 种情况可以确定将调用哪个版本的构造函数。

Overall structure of class:

• In the first case it is constructing a smaller size from a larger size and can extract a byte, word, or dword from a word, dword or qword by the index value

• In the second case it is constructing a larger size from a smaller size and can set a byte word or dword into word, dword or qword at that index location.

• In the third case (default) case it is a 1 to 1 mapping so no calculations nor assertions need to be performed, just save the contents, and the index parameter if passed will have no effect.

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Register.h

#pragma once

#include <assert.h>
#include <bitset>
#include <cstdint>
#include <iostream>
#include <iomanip>
#include <limits>
#include <type_traits>

namespace vpc {
    using u8  = std::uint8_t;
    using u16 = std::uint16_t;
    using u32 = std::uint32_t;
    using u64 = std::uint64_t;

    template<typename T>
    struct Register {
        T data;
        T value;
        std::bitset<sizeof(T)* CHAR_BIT> bits;

        Register() : data{ 0 }, value{ 0 }, bits{ 0 } {}

        template<typename P, std::enable_if_t<(sizeof(P) > sizeof(T))>* = nullptr>
        Register(const P val, const u8 idx = 0) :
            data{ static_cast<T>((val >> std::size(bits) * idx) &
                  std::numeric_limits<std::make_unsigned_t<T>>::max()) },
            value{ data },
            bits{ data }
        {

            constexpr u16 sizeT = sizeof(T);
            constexpr u16 sizeP = sizeof(P);
            assert((idx >= 0) && (idx <= ((sizeP / sizeT) - 1)) );
        }    

        template<typename P, std::enable_if_t<(sizeof(P) < sizeof(T))>* = nullptr>
        Register(const P val, const u8 idx = 0) :
            data{ /*static_cast<T>((val >> std::size(bits) * idx) &
                  std::numeric_limits<std::make_unsigned_t<T>>::max()) },*/
                static_cast<T>(val)
                },
            value{ data },
            bits{ data }
        {
            constexpr u16 sizeT = sizeof(T);
            constexpr u16 sizeP = sizeof(P);
            assert((idx >= 0) && (idx <= ((sizeT / sizeP) - 1)) );
        }    

        template<typename P, std::enable_if_t<(sizeof(P) == sizeof(T))>* = nullptr>
        Register(const P val, const u8 idx = 0) :
                  // shouldn't need the static cast but I'll leave it here for now
            data{ static_cast<T>( val ) }, value{ data }, bits{ data }
        {}

        template<typename P>
        Register(const Register<P>& reg, const u8 idx = 0) : Register(reg.data, idx) {}

    };

    using Reg8  = Register<u8>;
    using Reg16 = Register<u16>;
    using Reg32 = Register<u32>;
    using Reg64 = Register<u64>;

    template<typename T>
    std::ostream& operator<<(std::ostream& os, const Register<T>& r) {
        return os << "Reg" << std::size(r.bits) << '(' << r.data << ")\nhex: 0x"
            << std::uppercase << std::setfill('0') << std::setw(sizeof(T) * 2) << std::hex
            << r.data << std::dec << "\nbin: "
            << r.bits << "\n\n";
    }

    template<>
    std::ostream& operator<<<u8>(std::ostream& os, const Register<u8>& r) {
        return os << "Reg" << std::size(r.bits) << '(' << +r.data << ")\nhex: 0x"
            << std::uppercase << std::setfill('0') << std::setw(sizeof(u8) * 2) << std::hex
            << +r.data << std::dec << "\nbin: "
            << r.bits << "\n\n";
    }
} // namespace

如果我们看第一个案例 sizeof(P) > sizeof(T)我们使用类的初始化列表来初始化它的成员 data正在对 data 执行以下公式:

data{ static_cast<T>((val >> std::size(bits) * idx) &
                      std::numeric_limits<std::make_unsigned_t<T>>::max()) }

在第二种情况下 sizeof(P) < sizeof(T)目前已被注释掉。

data{ /*static_cast<T>((val >> std::size(bits) * idx) &
      std::numeric_limits<std::make_unsigned_t<T>>::max()) },*/
    static_cast<T>(val)
    }

我想做的与上面类似，但我想一般地应用此方法来初始化 data在这种情况下:

void insertByte(unsigned char a, unsigned int& value, unsigned idx) {
    if (idx > 3)
        return;

    // clear the value at position idx
    value &= ~(0xFF << (idx * 8));

    unsigned int tmp = a;
    tmp = (tmp << (idx * 8));

    value |= tmp;
}

上面函数中的参数a和 value将是模板类型:T和 P在我类里。 if 语句将由断言处理。

这也可能有助于理解上面的函数:

unsigned a = (the_int & 0x00ffffff) | (the_byte << 24);  // set high-order byte: bits 24-31
unsigned b = (the_int & 0xff00ffff) | (the_byte << 16);  // next byte, bits 16-23
unsigned c = (the_int & 0xffff00ff) | (the_byte << 8);   // next byte, bits 8-15
unsigned d = (the_int & 0xffffff00) | (the_byte);        // low-order byte: bits 0-7

关于如何转换上述函数以适合我的模板以初始化 data 的任何想法使用正确的值？它基本上是第一个 case 构造函数的逆向。

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编辑

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基于用户的评论:Davis Herring我将说明我的第二个案例构造函数的概念:

Reg8 r8{ 0xAA };

Reg32 r32a{ r8, 0 };
Reg32 r32b{ r8, 1 };
Reg32 r32c{ r8, 2 };
Reg32 r32d{ r8, 3 };
// Reg32 r32{ r8, 4 }; // assertion failure

// binary output in hex notation:
r8   = 0xAA
r32a = 0x000000AA
r32b = 0x0000AA00
r32c = 0x00AA0000
r32d = 0xAA000000

// Another example
Reg16 r16{ 0xABCD };

Reg32 r32a{ r16, 0 };
Reg32 r32b{ r16, 1 };
// Reg32 r32c{ r16, 2 }; // assertion failure 

Reg64 r64a_0{ r32a, 0 };
Reg64 r64a_1{ r32a, 1 };
// Reg64 r64a_2{ r32a, 2 }; // assertion failure

Reg64 r64b_0{ r32b, 0 };
Reg64 r64b_1{ r32b, 1 };
// Reg64 r64b_2{ r32b, 2 }; // assertion failure

Reg64 r64c_0{ r16, 0 };
Reg64 r64c_1{ r16, 1 };
Reg64 r64c_2{ r16, 2 };
Reg64 r64c_3{ r16, 3 };
// Reg64 r64c_4{ r16, 4 }; // assertion failure

// binary output in hex notation:
r16    = 0xABCD
r32a   = 0x0000ABCD
r32b   = 0xABCD0000
r64a_0 = 0x000000000000ABCD
r64a_1 = 0x0000ABCD00000000
r64b_0 = 0x00000000ABCD0000
r64b_1 = 0xABCD000000000000
r64c_0 = 0x000000000000ABCD
r64c_1 = 0x00000000ABCD0000
r64c_2 = 0x0000ABCD00000000
r64c_3 = 0xABCD000000000000   

这是我想要的，从较小的大小构造的任何较大的大小都提供了索引值，如果没有索引，那么它总是设置为从右边开始的最低字节。

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编辑

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这是我第一次尝试做我打算做的事情，在这里我使用的是 lambda 模板。我创建了这个 lambda，它位于我的类的头文件中，在我的命名空间中使用之后和类声明之前。

template<typename P, typename T>
auto wordSize = [](T& t, P& p, const u8 idx) {
    p &= ~(0xFF << (idx * 8));
    P tmp = static_cast<P>( t );
    tmp = (tmp << (idx * 8));
    p |= tmp;
    return p;
};

现在尝试在我的第二个案例构造函数中使用它:

template<typename P, std::enable_if_t<(sizeof(P) < sizeof(T))>* = nullptr>
explicit Register(P val, const u8 idx = 0) :
    data{ static_cast<T>( wordSize<T,P>(val, data, idx ) ) },
    value{ data },
    bits{ data }
{
    constexpr u16 sizeT = sizeof(T);
    constexpr u16 sizeP = sizeof(P);
    assert((idx >= 0) && (idx <= ((sizeT / sizeP) - 1)) );
}

除此之外，我必须更改 <P> 的构造函数参数来自 const <P>只是<P>为此工作。现在，当我从较小的类型构造我的 Register 类型时，我将正确的字或字节插入正确的索引位置，但是其余位不是 0初始化。

例子:

Reg8    r8{ 0xAA };
Reg32 r32a{ r8, 0 };
Reg32 r32b{ r8, 1 };
Reg32 r32c{ r8, 2 };
Reg32 r32d{ r8, 3 };

// Expected Binary Output in Hex:
r8   = 0xAA
r32a = 0x000000AA
r32b = 0x0000AA00
r32c = 0x00AA0000
r32d = 0xAA000000

// Actual Outputs:
r8   = 0xAA
r32a = 0xCCCCCCAA
r32b = 0xCCCCAACC
r32c = 0xCCAACCCC
r32d = 0xAACCCCCC

我非常接近实现我的目标，但现在我只需要调整它，以便所有 CC是 00 .

Answer 1

要从任何整数 P val 正确地初始化任何整数类型 T，请使用

data{static_cast<T>(static_cast<T>(val) << sizeof(P)*CHAR_BIT*idx)}

对于比 int 更宽的 T ，要很好地定义移位，内部转换是必要的；外部的是抵消 T 比 int 更窄的提升所必需的(或者只使用圆括号而不是大括号来允许缩小转换)。