c++ 完备的运行时类型信息(动态类型信息)

2023-09-27 17:58:06 163

众所周知，码猿写代码，自然要求严谨周密，殊不知想象力也很重要。本座阅码几十年，很是感概很多码猿的脑洞被大大禁锢，鲜有人能越雷池一步，特别是c++的同学，连同委员会的那一坨老头子，都很让人无语至极，出自这些人的作品，都是一个死鱼眼睛样子，千人一面，毫无灵动之生趣可言。stl，boost这些库都是这样子（虽然它们确实可以完成大多数日常任务），更别说其他的库，没有什么让人耳目一新之处。

就说说动态类型信息这块，又或者说是反射。自然，语言本身提供的废物type_info就懒得说了，除了证明c++也东施效颦，也能支持动态信息之外，就别无用处了，有谁会正儿八经的用type_info做点正儿八经的事情呢。因此，各路人马纷纷上阵，都要弥补c++在运行时类型信息上的缺失。因为类型的反射信息实在太重要，或者说，反射的用武之地太多太多，表面上很多事情不需要反射，或者字面代码上就看不到反射的痕迹，但是内里的实现，大把大把的反射在发光发热。c++坚持不在动态信息上给予一点点多余的支持，并不表示c++就不需要反射了，看看标准库这个极力回避动多态的典范，是一个怎样的失败作品，嗯，这个以后再谈吧。假如stl一开始就没有如此大力排斥动多态，你看看就连内存分配的allocator都可以做到静态类型信息里面（最新版的c++终于也要接受多态的allocator，c++界居然一片欢呼鼓舞，真是悲哀），今时今日的c++就不会在很多领域上到处割地求和。

总的来说，现在市面上的c++反射库，都是侵入式，都学着mfc那一套，都是要求继承自一个基类Object，然后才能对外提供反射信息的功能，先不说它们提供的类型信息是否完备，这样子就把用途广泛限制死在一个很窄很窄的小圈子里面了。这些反射库，1、不能反射基本类型，int、char、double、constchar*、……等；2、不能反射非继承自Object的class或者struct，3、也不能反射模板类，比如vector、list>>。虽然typeid千般弱鸡，但也非一无是处，起码非侵入、平等、多态。所以，理想的反射，应该像c++原生的typeid那样无色无味：1、非侵入式的；2、可以对所有的类型都提供反射，基本类型、非Object系的struct或者class、template类型的；3、多态的，只要改类型需要运行时的类型识别，那么就返回其本身的类型（子类），而非字面上的声明类型；4、支持类型参数，也即是说，以类型传递给该函数时，就返回相应的类型信息对象。

说得具体一点，我们要求的反射库是这样子的。当然，首先要有一个类型信息对象TypeInfo，里面装满了关于对于类型的所有详细信息。如下所示：可以猜到这种反射下框架，只支持单继承，这是故意的。

structTypeInfo
{
public:
template
voidConstructObject(void*obj,MemoryAllocator*alloc,Args&&args)const；
boolIsDerviedOf(constTypeInfo*base)const;

public:
virtualTITypeGetTIType()const=0;
virtualconstInterfaceMap*GetInterfaces()const；
virtualjushortGetMemorySize()const；
virtualConstTextGetName()const；
virtualAStringGetFullName()const；
virtualjushortGetAlignSize()const；
virtualConstTextGetSpaceName()const;
virtualconstTypeInfo*GetBaseTypeTI()const;
virtualconstTypeInfo*GetPointeedTI()const；
virtualsize_tGetHashCode(constvoid*obj)const;
virtualboolIsValueType()const{returntrue;}
virtualboolIsClass()const{returntrue;}

virtualboolDoInitAllocator(void*obj,MemoryAllocator*memAlloc)const;
virtualboolNeedDestruct()const{returnfalse;}
virtualvoidDoDefaultConstruct(void*obj)const;
virtualboolCanDefaultConstruct()const{returntrue;}
virtualvoidDoAssign(void*dest,constvoid*src)const;
virtualboolEquals(constvoid*objA,constvoid*objB)const;
virtualvoidDoDestruct(void*obj)const;

};

然后，就要有一个函数TypeOf，应该是两个，一个是无参数的类型模板函数，可以这样调用，TypeOf()；一个是有一个参数的类型模板函数，可以这样调用，TypeOf(obj)。不管是那一个，其返回结果都是constTypeInfo*。TypeOf的要做到的事情是，对于每一种类型，有且只有一个唯一的TypeInfo对象与之对应，不管是template的还是非template的；比如，以下的几个判断必须成立。
TypeOf()==TypeOf();
TypeOf()==TypeOf(n);//n为整型
TypeOf>()==TypeOf(nums);//nums的类型为vector
Object*a=newObjectA;TypeOf(a)==TypeOf();
其实这里面的原理也没什么神奇，无非就是trait配合sfine，接下来就全部都是苦力活，就是为每一种类型都专门特化一个详细描述的类型对象，用宏可以节省大量的代码。但是整个反射库，本座前前后后重构了十几次，现在也还在重构之中，终究还是解决了开发上所遇到的各种事情。比如，序列化（支持指针、支持多态）、对象与xml的互换、对象与json的互换、数据库表读写对象、格式化、Any类型、非侵入式接口、消息发送、字符串生成对象等等。
其实现方式，概括起来，就是引入间接层元函数TypeInfoImp专门用于返回一个类型type，type里面有一个GetTypeInfo()的函数。然后TypeOf调用TypeInfoImp里的type的GetTypeInfo()最终得到TypeInfo对象。代码如下所示。

templatestructTypeInfoImp
{
typedefTytype;
staticconstboolvalue=THasGetTypeInfoMethod::value;
};

template
structTypeInfoImp:publicTypeInfoImp
{
typedeftypenameTypeInfoImp::typetype;
staticconstboolvalue=TypeInfoImp::value;
};

template
constTypeInfo*TypeOf()
{
typedeftypenameTypeInfoImp::typeTypeInfoProvider;
returnTypeInfoProvider::GetTypeInfo();
}

template
constTypeInfo*TypeOf(constTy&obj)
{
typedeftypenameIsRttiType::typeis_rtti;//又是间接层，对动态类型和非动态类型分别处理
returnImpTypeOf(obj,is_rtti());
}

template<>
structTypeInfoImp
{
staticconstboolvalue=true;
typedefTypeInfoImptype;
staticTypeInfo*GetTypeInfo();
};

TypeInfo*TypeInfoImp::GetTypeInfo()
{
staticTypeInfo*ti=CreateNativeTypeInfo("bool");
returnti;
}

可能可以有简洁的方式，比如不需要引入TypeInfoImp，但是实际最终证明TypeInfoImp的方式最具灵活性也最能节省代码。最起码，它在自定义的struct或者class就很方便，只要改struct内部包含一个GetTypeInfo()的函数，它就可以被纳入TypeOf体系中，非常方便。对于模板类型的TypeInfoImp，就要用到哈希表了。比如，对于std::paira的类型信息，如下实现，

template
structTypeInfoImp>
{
staticconstboolvalue=true;
typedefTypeInfoImp>type;
staticTypeInfo*GetTypeInfo()
{
ParamsTypeInfoargs;
returnPodPair::LookupTemplateTypeInfo(args);
}
};

提取其类型参数的constTypeInfo*，生成数组。用此数组到PodPair的哈希表里面查找，如果哈希表中以有此类型数组参数的对象就返回，否则见创建一个添加一条哈希条目，然后返回。每一个泛型类型，比如vector，list，pair都有一个属于自己的哈希表。
打完收工。原理很简单，但是对于工业级的反射库，要考虑很多细节，比如，TypeInfo对象的内存管理；怎么为enum类型生成一堆字符串，以支持字符串和enume值的互相转换；生成并保存class的构造函数和析构函数指针；命名空间的支持；仿真C#里面的attribute；如何以最方便的方式生成成员字段或者成员函数信息等等，一句话，就是他妈的体力活。但是，回报是很丰盛的，这里的苦力活做完之后，程序的其他地方上，基本上，就没有什么重复相似的代码，一切的体力工作全部就可以压在类型信息这里了。

c++ 完备的运行时类型信息(动态类型信息)

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