使用c++11打造好用的variant方法

2013-11-10 10:13:36 投稿：mdxy-dxy

variant类似于union，它能代表定义的多种类型，允许将不同类型的值赋给它。它的具体类型是在初始化赋值时确定

boost中的variant的基本用法：

typedef variant<int,char, double> vt;
vt v = 1;
v = '2';
v = 12.32;

　　用variant一个好处是可以擦除类型，不同类型的值都统一成一个variant，虽然这个variant只能存放已定义的类型，但这在很多时候已经够用了。取值的时候，通过get<T>(v)来获取真实值。然而，当T类型与v的类型不匹配时，会抛出一个bad_cast的异常来。boost的variant抛出的异常往往没有更多的信息，不知道到底是哪个类型转换失败，导致发生异常调试时很不方便。因此，就考虑用c++11去实现一个vairiant, 这个variant可以很容易知道取值时，是什么类型转换失败了。

打造variant需要解决的问题：
第一，要在内部定义一个char缓冲区。

　　缓冲区用来存放variant的值，这个值是variant定义的多种类型中的某种类型的值，因此，这个缓冲区要足够大，能够存放类型最大（sizeof(Type)）的值才可以，这个缓冲区的大小还必须在编译期计算出来。因此需要首先要解决的是variant值存放的缓冲区定义的问题。

第二，要解决赋值的问题。

　　将值赋给vairiant时，需要将该值的类型ID记录下来，以便在后面根据类型取值。将值保存到内部缓冲区时，还需要用palcement new在缓冲区创建对象。另外，还要解决一个问题，就是赋值时需要检查variant中已定义的类型中是否含有该类型，如果没有则编译不通过，以保证赋值是合法的。

第三，要解决取值的问题。

　　通过类型取值时，要判断类型是否匹配，如果不匹配，将详情打印出来，方便调试。

打造variant的关键技术：

1.找出最大的typesize
第一个问题中需要解决的问题是如何找出多种类型中，size最大的那个类型的size。看看如何从多种类型中找出最大类型的size。

复制代码代码如下:

template<typename T, typename... Args>
struct MaxType : std::integral_constant<int,
(sizeof(T)>MaxType<Args...>::value ? sizeof(T) : MaxType<Args...>::value) >

{};

template<typename T>
struct MaxType<T> : std::integral_constant<int, sizeof(T) >{};

通过这个MaxType就可以在编译期获取类型中最大的maxsize了：MaxType<Types...>::value。

2.类型检查和缓冲区中创建对象
第二个问题中需要解决两个问题，1.检查赋值的类型是否在已定义的类型中；2.在缓冲区中创建对象及析构；

先看看如何判断类型列表中是否含有某种类型：

复制代码代码如下:

template < typename T, typename... List >
struct Contains : std::true_type {};

template < typename T, typename Head, typename... Rest >
struct Contains<T, Head, Rest...>
: std::conditional< std::is_same<T, Head>::value, std::true_type,

Contains<T, Rest...>>::type{};

template < typename T >
struct Contains<T> : std::false_type{};

通过bool值Contains<T, Types>::vaule就可以判断是否含有某种类型。

再看看如何在缓冲区中创建对象。

通过placement new在该缓冲区上创建对象，new(data) T(value);其中data表示一个char缓冲区，T表示某种类型。在缓冲区上创建的对象还必须通过~T去析构，因此还需要一个析构vairiant的帮助类：

复制代码代码如下:

template<typename... Args>
struct VariantHelper;

template<typename T, typename... Args>
struct VariantHelper<T, Args...> {
inline static void Destroy(type_index id, void * data)
{
if (id == type_index(typeid(T)))
((T*) (data))->~T();
else
VariantHelper<Args...>::Destroy(id, data);
}
};

template<> struct VariantHelper<> {
inline static void Destroy(type_index id, void * data) { }
};

通过VariantHelper::Destroy函数就可以析构variant了。

3.取值问题
第三个问题中需要解决取值问题，如果发生异常，就打印出详细信息。这个就比较简单了，看后面的实现代码就行了。

c++11中完整的variant是如何实现的：

复制代码代码如下:

#include <typeindex>
#include <iostream>
#include <type_traits>
using namespace std;

template<typename T, typename... Args>
struct MaxType : std::integral_constant<int,
(sizeof(T)>MaxType<Args...>::value ? sizeof(T) : MaxType<Args...>::value) >

{};

template<typename T>
struct MaxType<T> : std::integral_constant<int, sizeof(T) >{};

template < typename T, typename... List >
struct Contains : std::true_type {};

template < typename T, typename Head, typename... Rest >
struct Contains<T, Head, Rest...>
: std::conditional< std::is_same<T, Head>::value, std::true_type, Contains<T,

Rest...>>::type{};

template < typename T >
struct Contains<T> : std::false_type{};

template<typename... Args>
struct VariantHelper;

template<> struct VariantHelper<> {
inline static void Destroy(type_index id, void * data) { }
};

template<typename... Types>
class Variant
{
typedef VariantHelper<Types...> Helper_t;
public:

Variant(void) :m_typeIndex(typeid(void))
{
}

~Variant()
{
Helper_t::Destroy(m_typeIndex, &m_data);
}

template<typename T>
bool Is()
{
return (m_typeIndex == type_index(typeid(T)));
}

template<typename T>
T& Get()
{
if (!Is<T>())
{
cout << typeid(T).name() << " is not defined. " << "current type is " <<

m_typeIndex.name() << endl;
throw std::bad_cast();
}

return *(T*) (&m_data);
}

template <class T,
class = typename std::enable_if<Contains<typename

std::remove_reference<T>::type, Types...>::value>::type>
    Variant(T&& value) : m_typeIndex(type_index(typeid(T)))
    {
        Helper_t::Destroy(m_typeIndex, &m_data);
        typedef typename std::remove_reference<T>::type U;
        new(m_data) U(std::forward<T>(value));
    }

private:
char m_data[MaxType<Types...>::value];
std::type_index m_typeIndex;
};

测试代码：

复制代码代码如下:

void TestVariant()
{
typedef Variant<int, char, double> cv;
int x = 10;

    cv v =x;
    v = 1;
    v = 1.123;
    v = "";//compile error
    v.Get<int>(); //1
    v.Get<double>(); //1.23
    v.Get<short>(); //exception: short is not defined. current type is

int.
v.Is<int>();//true
}

总结：c++11实现的variant在用法上和boost.variant保持一致，但实现更简洁，50行代码搞定。而且还能在抛出异常时提示详细信息，方便调试。

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