通过变量名遍历结构

Question

更新：6 个月后，我刚刚看到这个答案：。我认为这是比此处提供的任何解决方案都好得多的解决方案，因为绝对没有未定义的行为。希望这对下一个人有帮助，因为我已经来不及实施了。

在你评论告诉我使用数组或向量，或任何形式的容器之前，这是一个残酷的事实，我不能。我知道，这可以用一个数组来解决，否则任何解决方案都很漂亮 "hacky"。我很想用容器，但我绝对不能。

我是一家大型公司的中层开发人员，我们正在使用公司范围的库通过以太网发送数据。它不支持 arrays/vectors 而是使用 POD 结构（普通旧数据 - 字符、浮点数、整数、布尔值）的原因有多种。我从一组浮点数开始，我必须用它来填充具有相同数量浮点数的结构。由于这个库的目的是通过以太网发送消息，我只需要进行两次迭代——一次发送，一次接收。所有其他时间，此数据存储为数组。我知道 - 我应该序列化数组并按原样发送它们，但我再说一遍 - 我绝对不能。

我有一个 float[1024]，必须遍历数组并填充以下结构：

struct pseudovector
{
    float data1;
    float data2;
    float data3;
    ...
    float data1024;
}

我已经用 BOOST_PP_REPEAT and BOOST_PP_SEQ_FOR_EACH_I 生成了这个结构，这样我就不必写出所有 1024 个浮点数，它增加了 maintainability/extensibility.

以同样的方式，我尝试通过预编译器 ## 连接（）遍历结构，但由于这是在预编译器时完成的，因此无法使用运行时间 getting/setting.

我研究过实现反射，例如 How can I add reflection to a C++ application? and Ponder Library，但这两种方法都要求您明确写出可以反射的每个项目。在那种情况下，我不妨创建一个 std::map<string, float> 并通过 string/integer 连接在 for 循环中迭代：

for(i=0;i<1024;i++)
{
    array[i] = map.get(std::string("data")+(i+1))
}

谁能推荐一个不需要我写出超过 1024 行代码的更简洁的解决方案？感谢您的帮助！

再一次，我再说一遍 - 我绝对不能使用任何类型的 array/vector。

Answer 1

这可能比您预期的要容易。首先，一些注意事项：

标准保证数组是连续的；也就是说，它们之间没有插入填充，并且数组本身与元素类型的对齐要求对齐。
结构没有这样的限制；它们可以进行任意填充。然而，给定的实现（在给定的版本）将在所有翻译单元中以相同的方式执行此操作（否则，如何使用相同的结构定义来跨翻译单元传递数据？）。这样做的通常方法是相当明智的，特别是当结构包含 only 单一类型的成员时。对于这样的结构，对齐方式 usually 匹配成员的最大对齐方式，并且 usually 没有填充，因为所有成员都具有相同的对齐方式。

在您的情况下，您的 1024 个浮点数数组和具有 1024 个浮点数成员的结构几乎可以肯定 具有完全相同的内存布局。标准绝对不能保证这一点，但您的编译器可能会记录其结构布局规则，并且您始终可以在单元测试中断言大小和对齐方式匹配（您确实有单元测试，对吧？）

鉴于这些注意事项，您几乎可以肯定能够在两者之间简单地reinterpret_cast（或memcpy）。

Answer 2

您可以使用类型双关将结构视为数组。

float array[1024] = { ... };
pseudovector pv1;
float *f = static_cast<float*>(static_cast<void*>(&pv1));
for (int i = 0; i < 1024; i++) {
    f[i] = array[i];
}

Answer 3

您可以使用预处理器元编程来创建数组。你可以这样做：

#define ACCESSOR(z, n, type) &type::data ## n

auto arr[] = {
    BOOST_PP_ENUM(1000, ACCESSOR, pseudovector)
};

很可能需要调整 ACCESSOR。在这里使用 auto 也可能不合法。

然后你做：

auto val = (pv1.*arr)[4];

等...

不需要 UB。

Answer 4

如果您可以使用最新版本的 Clang 或 GCC 进行编译（afaik，唯一受支持的编译器。），请使用 Boost.Hana。

请允许我引用教程中的 Introspection 部分：

Static introspection, as we will discuss it here, is the ability of a program to examine the type of an object at compile-time. In other words, it is a programmatic interface to interact with types at compile-time. For example, have you ever wanted to check whether some unknown type has a member named foo? Or perhaps at some point you have needed to iterate on the members of a struct?

对于 introspecting user-defined types 你必须用 Hana 定义结构，但这与用其他方式定义结构没有太大区别：

struct pseudovector {
   BOOST_HANA_DEFINE_STRUCT(pseudovector,
    (float, data1),
    (float, data2),
    …
  );
};

而且您应该能够轻松地修改生成当前结构所需的任何宏，以生成这个结构。

这向 pseudovector 添加了一个嵌套结构，它只包含一个静态成员函数。它不影响 POD-ness、大小或数据布局。

然后你可以像这个例子一样遍历它：

pseudovector pv;

hana::for_each(pv, [](auto pair) {
  std::cout << hana::to<char const*>(hana::first(pair)) << ": "
            << hana::second(pair) << std::endl;
});

这里，pair的成员是hana编译时字符串（成员名）和值。如果您希望 lambda 接受两个参数（名称和值），请使用 hana::fuse:

hana::for_each(pv, hana::fuse([](auto name, auto member) {
  std::cout << hana::to<char const*>(name) << ": " << member << std::endl;
}));

通过变量名遍历结构

Iterate through struct by variable name

c++

iteration

reflection

iterator

c-preprocessor