c++ - 如何存储模板类型以供以后分配使用？

Question

我正在尝试编写一个 EntityType 类，它可以接收和存储可变数量的 Component 类型。

struct Health { int amount; }
struct Position { float x, y; }

EntityType entityType = new EntityType<Health, Position>();

稍后我将使用此 EntityType 类作为为组件分配紧凑内存的蓝图。

EntityManager.BatchCreate(3, entityType);
// Result: Health | Health | Health | Position | Position | Position

创建具有多个参数的类模板很容易，但是:

1. 如何存储类型以便稍后用作分配蓝图？
2. 我可以查询 EntityType 中有哪些类型吗？

我对存储的第一个想法是元组，但我不确定。这些采用传入类型的实际值，而不是类型本身。我能以某种方式使用 typeid 吗？

我基本上是在尝试用 C++ 复制 Unity 在 C# 中用 EntityArchetype 做的事情，我相信这是在使用反射。

Answer 1

1. How do I store the types to be used as a allocation blueprint later?

由于您在编译时知道组件的类型，因此可以使用这样的类型别名:

template<class... Components>
struct Entities {
  /* ... to be implemented ... */
};

using HealthsPositions = Entities<Health, Position>;

2. Can I query what types are in the EntityType?

是的，这在编译时也是已知的。似乎 std 命名空间中没有帮助器来测试类型列表中是否包含类型(请参阅 this question 的答案多样性)。所以这里是解决 C++14 中的模板元编程任务的另一种方法:

template<class Component, class EntitiesCs>
struct IsComponentOf;

template<class Component, class... Cs>
struct IsComponentOf<Component, Entities<Cs...>> {// partial specialization
  static constexpr bool value_() {
    bool ret = false;
    for(bool is_same : {std::is_same<Component, Cs>{}()...}) {
      ret |= is_same;
    }
    return ret;
// C++17 version with fold expression:
//     return (... || std::is_same<Component, Cs>{});
  }

  static constexpr bool value = value_();
  constexpr operator bool() const { return value; }
};

static_assert(IsComponentOf<Health, HealthsPositions>{}, "");
static_assert(IsComponentOf<Position, HealthsPositions>{}, "");
static_assert(not IsComponentOf<int, HealthsPositions>{}, "");

Can I work with typeid's somehow?

是的，但这是我上面描述的另一种方法:上面的方法在编译时工作。 typeid operator来自运行时类型信息 (RTTI) 的世界。不幸的是，std::type_info不能在编译时使用。

I will then use this EntityType class later as a blueprint for allocating tightly packed memory for the components.

EntityManager.BatchCreate(3, entityType);
// Result: Health | Health | Health | Position | Position | Position

如果您真的希望组件紧密排列，并且希望能够调整“容器”的大小，那么我看不到一个简单的解决方案。在理想情况下，HealthsPositions 商店，例如，

• 指向第一个 Health 组件开始的内存的类似指针的成员，
• std::size_t(或其他)成员，用于存储每种类型的组件数量，以及
• std::size_t(或其他)成员，用于存储每种类型的组件的容量。

理想情况需要一些自定义内存管理(包括对齐注意事项)。

但是，这个另一种简单设计可能是一个很好的起点:

#include <cstddef>

#include <iostream>
#include <tuple>
#include <type_traits>
#include <vector>

struct Health { int amount; };
struct Position { float x; float y; };

template<class C0, class... Cs>
struct Entities {
  std::tuple<
    std::vector<C0>, std::vector<Cs>...
  > components;

  Entities(std::size_t size)
    : components{size, (0*sizeof(Cs) + size)...}
  {}
};

template<class Component, class... Cs>
constexpr std::vector<Component>& get(Entities<Cs...>& e) {
  using ComponentVector = std::vector<Component>;
  return std::get<ComponentVector>(e.components);
}

template<class Component, class... Cs>
constexpr const std::vector<Component>& get(const Entities<Cs...>& e) {
  using ComponentVector = std::vector<Component>;
  return std::get<ComponentVector>(e.components);
}

////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////

using HealthsPositions = Entities<Health, Position>;

constexpr std::size_t expected_size =
  sizeof(std::vector<Health>) + sizeof(std::vector<Position>);

static_assert(sizeof(HealthsPositions) == expected_size, "");

int main() {
  std::size_t entity_count = 7;
  HealthsPositions hps(entity_count);

  get<Health>(hps).at(2).amount = 40;
  get<Position>(hps).at(5) = Position{3.5f, 8.4f};

  std::cout << "health address and value:\n";
  for(auto&& h : get<Health>(hps)) {
    std::cout << &h << "\t" << h.amount << "\n";
  }

  std::cout << "position address and value:\n";
  for(auto&& p : get<Position>(hps)) {
    std::cout << &p << "\t" << p.x << "\t" << p.y << "\n";
  }
}

示例输出:

health address and value:
0x55adba092eb0  0
0x55adba092eb4  0
0x55adba092eb8  40
0x55adba092ebc  0
0x55adba092ec0  0
0x55adba092ec4  0
0x55adba092ec8  0
position address and value:
0x55adba092e70  0   0
0x55adba092e78  0   0
0x55adba092e80  0   0
0x55adba092e88  0   0
0x55adba092e90  0   0
0x55adba092e98  3.5 8.4
0x55adba092ea0  0   0