C++ 我怎样才能改进这个模板元程序来返回包含大小的数组？

Question

我有一个名为 choose_literal 的实用程序，它根据所需的类型（选择）选择编码为 char*, wchar_*, char8_t*, char16_t*, char32_t* 的文字字符串。

看起来像这样：

    template <typename T>
    constexpr auto choose_literal(const char * psz, const wchar_t * wsz, const CHAR8_T * u8z, const char16_t * u16z, const char32_t * u32z) {
        if constexpr (std::is_same_v<T, char>)
            return psz;
        if constexpr (std::is_same_v<T, wchar_t>)
            return wsz;
    #ifdef char8_t
        if constexpr (std::is_same_v<T, char8_t>)
            return u8z;
    #endif
        if constexpr (std::is_same_v<T, char16_t>)
            return u16z;
        if constexpr (std::is_same_v<T, char32_t>)
            return u32z;
    }

我提供了一个小的预处理器宏来完成这项工作w/o必须手动输入每个字符串编码：

// generates the appropriate character literal using preprocessor voodoo
// usage: LITERAL(char-type, "literal text")
#define LITERAL(T,x) details::choose_literal<T>(x, L##x, u8##x, u##x, U##x)

这当然只适用于可以由编译器以目标格式编码的文字字符串——但像空字符串这样的东西也可以，ASCII 字符（即 a-z、0-9 等）也可以在所有这些编码中都有表示。

例如这是一段简单的代码，它将 return 给定有效字符类型 'T':

的正确空字符串

template <typename T>
constexpr const T * GetBlank() {
    return LITERAL(T, "");
}

就目前而言，这已经很棒了，而且在我的代码中运行得很好。

我想做的是重构这个，这样我就可以取回字符数组，包括它的大小，就好像我写了这样的东西：

const char blank[] = "";

或

const wchar_t blank[] = L"";

这允许编译器知道字符串文字的长度，而不仅仅是它的地址。

我的 choose_literal<T>(str) return 只有 const T * 而不是理想的 const T (&)[size]。

总的来说，我希望能够完整地传递这些实体——而不是让它们变成一个指针。

但是在这种特定情况下，您是否可以向我指出一种技术，它允许我为所需的编码声明一个具有数据成员的结构，然后它也知道它的数组长度？

Answer 1

我们将更改函数，以便它为每个输入接受一个 const T (&)[size]，并且 return 类型将是 decltype(auto)。使用 decltype(auto) 可防止 return 衰减为一个值，从而保留对数组的引用等内容。

更新函数：

template <typename T, size_t N1, size_t N2, size_t N3, size_t N4>
constexpr decltype(auto) choose_literal(const char (&psz)[N1], const wchar_t (&wsz)[N2], const char16_t (&u16z)[N3], const char32_t (&u32z)[N4]) {
    if constexpr (std::is_same<T, char>())
        return psz;
    if constexpr (std::is_same<T, wchar_t>())
        return wsz;
    if constexpr (std::is_same<T, char16_t>())
        return u16z;
    if constexpr (std::is_same<T, char32_t>())
        return u32z;
}

在 main 中，我们可以将结果分配给类型 auto&&:

#define LITERAL(T,x) choose_literal<T>(x, L##x,  u##x, U##x)

int main() {
    constexpr auto&& literal = LITERAL(char, "hello");  
    return sizeof(literal); // Returns 6
}

潜在的简化

我们可以通过递归来简化 choose_literal 函数，这样它就可以针对任意数量的类型进行扩展。这无需对 LITERAL 宏进行任何更改即可工作。

template<class T, class Char, size_t N, class... Rest>
constexpr decltype(auto) choose_literal(const Char(&result)[N], Rest const&... rest) {
    if constexpr(std::is_same_v<T, Char>)
        return result; 
    else
        return choose_literal<T>(rest...);
}

Answer 2

一点点 constexpr 递归魔法可以让你 return 一个 string_view 适当的类型。

#include <string_view>
#include <type_traits>
#include <iostream>

template <typename T, class Choice, std::size_t N, class...Rest>
constexpr auto choose_literal(Choice(& choice)[N], Rest&...rest)
{
    using const_char_type = Choice;

    using char_type = std::remove_const_t<const_char_type>;

    if constexpr (std::is_same_v<T, char_type>)
    {
        constexpr auto extent = N;
        return std::basic_string_view<char_type>(choice, extent - 1);
    }
    else
    {
        return choose_literal<T>(rest...);
    }
}

int main()
{
    auto clit = choose_literal<char>("hello", L"hello");
    std::cout << clit;

    auto wclit = choose_literal<wchar_t>("hello", L"hello");
    std::wcout << wclit;
}

https://godbolt.org/z/4roZ_O

如果是我，我可能想将这个函数和其他函数包装到一个 constexpr class 中，它提供常见的服务，例如根据流类型以正确的形式打印文字，并创建正确的字符串类型。

例如：

#include <string_view>
#include <type_traits>
#include <iostream>
#include <tuple>

template <typename T, class Choice, std::size_t N, class...Rest>
constexpr auto choose_literal(Choice(& choice)[N], Rest&...rest)
{
    using const_char_type = Choice;

    using char_type = std::remove_const_t<const_char_type>;

    if constexpr (std::is_same_v<T, char_type>)
    {
        constexpr auto extent = N;
        return std::basic_string_view<char_type>(choice, extent - 1);
    }
    else
    {
        return choose_literal<T>(rest...);
    }
}

template<class...Choices>
struct literal_chooser
{
    constexpr literal_chooser(Choices&...choices)
    : choices_(choices...)
    {}

    template<class T>
    constexpr auto choose() 
    {
        auto invoker = [](auto&...choices)
        {
            return choose_literal<T>(choices...);
        }; 

        return std::apply(invoker, choices_);
    }

    std::tuple<Choices&...> choices_;
};

template<class Char, class...Choices>
std::basic_ostream<Char>& operator<<(std::basic_ostream<Char>& os, literal_chooser<Choices...> chooser)
{
    return os << chooser.template choose<Char>();
}

template<class Char, class...Choices>
std::basic_string<Char> to_string(literal_chooser<Choices...> chooser)
{
    auto sview = chooser.template choose<Char>();
    return std::basic_string<Char>(sview.data(), sview.size());
}


int main()
{
    auto lit = literal_chooser("hello", L"hello");

    std::cout << lit << std::endl;
    std::wcout << lit << std::endl;

    auto s1 = to_string<char>(lit);
    auto s2 = to_string<wchar_t>(lit);

    std::cout << s1 << std::endl;
    std::wcout << s2 << std::endl;   
}

引用参数类型Choices&的使用很重要。 C++ 字符串文字是对 const Char 数组的引用。按值传递会导致字面量衰减为指针，这会丢失有关数组范围的信息。

我们可以添加其他服务，写成literal_chooser:

template<class Char, class...Choices>
constexpr std::size_t size(literal_chooser<Choices...> chooser)
{
    auto sview = chooser.template choose<Char>();
    return sview.size();
}

C++ 我怎样才能改进这个模板元程序来返回包含大小的数组？

C++ How can I improve this bit of template meta-program to give back the array including the size?

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