c++ - 在 C++ 中创建编译时键值映射

Question

我试图创建一个编译时简单 C++ 中的键值映射。我正在编译 /std:c++11 .
(嵌入式代码使用IAR编译器，目前只支持cpp++11)

我学到了一点关于元编程的知识。

如果找不到键 ，我不希望我的 map 有默认值,
喜欢这篇文章:How to build a compile-time key/value store?

我想得到编译器错误，如果在我的代码中我试图获取一个未存储在 map 中的值。

这是我所做的:

#include <iostream>




template <int kk, int vv>
struct KeyValue
{
    static const int k = kk, v = vv;
};


// Declaration 
template <typename kv, typename...>
struct CompileTimeMap;


// Recursive Definition 
template<typename kv, typename... rest>
struct CompileTimeMap<kv, rest...>
{
    template<int k_input>
    struct get
    {
        static const int val = (k_input == kv::k) ? kv::v : CompileTimeMap<rest...>::get<k_input>::val;
    };
};


// Base Definition 
template <typename kv>
struct CompileTimeMap<kv>
{
    template<int k_input>
    struct get
    {
        static const int val = (k_input == kv::k) ? kv::v;
    };
};




// ----------------------------- Main  -----------------------------

typedef CompileTimeMap<KeyValue<10, 20>, KeyValue<11, 21>, KeyValue<23, 7>> mymap;

int main()
{
    // This calles should be ok !! :) 
    std::cout << mymap::get<10>::val << std::endl;
    std::cout << mymap::get<11>::val << std::endl;
    std::cout << mymap::get<23>::val << std::endl;


    // This line should resolve a compile error !! (there is no key of 33) 
    std::cout << mymap::get<33>::val << std::endl;
}

我收到以下错误: error C2131: expression did not evaluate to a constant .

我怎样才能使这项工作？非常感谢 :)

Answer 1

不要在没有必要的地方编写模板元程序。试试这个简单的解决方案(CTMap 代表编译时间图):

template <class Key, class Value, int N>
class CTMap {
public:
    struct KV {
        Key   key;
        Value value;
    };

    constexpr Value  operator[] (Key key) const
    {
        return Get (key);
    }

private:
    constexpr Value  Get (Key key, int i = 0) const
    {
        return i == N ?
               KeyNotFound () :
               pairs[i].key == key ? pairs[i].value : Get (key, i + 1);
    }

    static Value KeyNotFound ()     // not constexpr
    {
        return {};
    }

public:
    KV  pairs[N];
};


constexpr CTMap<int, int, 3>  ctMap {{ { 10, 20 }, { 11, 21 }, { 23, 7 } }};


static_assert (ctMap[10] == 20, "Error.");
static_assert (ctMap[11] == 21, "Error.");
static_assert (ctMap[23] ==  7, "Error.");

// constexpr auto compilationError = ctMap[404];

如果取消注释最后一行 ( live demo )，将会出现编译错误。编译器会将您定向到 KeyNotFound () :线，从
失败的原因应该是显而易见的。

评论

成员变量pairs公开，以便可以使用列表初始化来初始化 map 。

给定的N以及初始化 CTMap 的对数应该匹配。如果 N少，你会得到一个编译错误。如果 N更大，零初始化的对( { 0, 0 } )将被静默添加到 pairs .注意这一点。

(编译器生成的)构造函数不检查重复键。 operator[]会找到第一个，但预期的用法是您不初始化 CTMap有重复的键。

C++14 中不需要递归。我们可以写一个for在 constexpr 中循环函数(live demo)。链接的实现提供了另一种想法，即在找不到 key 的情况下给出编译器错误:抛出异常。成员变量pairs被私有(private)化。

打算在编译时使用

这是一个线性映射，参数是按值传递的。我的意图是该映射将用于编译时评估的代码，这不应该是一个问题。

另请注意，在运行时评估时，如果在 map 中找不到键，则此类不会提供任何反馈。

让我们仔细看看 ctMap[10]在不同的情况下工作。我用三个编译器(MSVC v19.24、clang 10.0.0、gcc 9.3)尝试了以下方法。

constexpr int C = ctMap[10]; – 全局常量 C将初始化为 20即使在调试版本中。在运行时不进行计算。请注意，为确保将创建全局，您必须将其地址放在某个地方。如果使用 C 的值, 它的值 ( 20 ) 将在使用它的地方被替换，并且 C即使在调试版本中也不会在目标文件中创建。

int Foo () { return ctMap[10]; } – 在调试版本中 operator[]将被调用。在发布版本中 MSVC 内联 operator[]至Foo ，即消除了一次调用，但生成的代码具有线性复杂度(编译器不强制在编译时进行计算，MSVC中的代码优化很差)。 Clang 和 gcc 编译一个 return 20; .

这就是 ctMap[404]工作(使用相同的三个编译器):

constexpr int C = ctMap[404]; – 如上所述，不编译。

int Foo () { return ctMap[404]; } – 与 ctMap[10] 的备注相同, 但是 Foo将返回 0 .你不可能知道 404不在 map 上。要获取编译错误，Foo必须是 constexpr并被迫在编译时评估，例如将其分配给 constexpr变量或枚举器，在模板参数中使用它作为 C 数组的大小，在 static_assert 中等