C ++模板std :: tuple to void * and back

Question

我正在尝试使用C ++ 11和可变参数模板创建资源管理器。 问题是如何将std :: tuple存储到集合中并将其恢复？ 在这个例子中我试图将它存储为void *（尝试不使用boost :: any）。 每次我回到std :: tuple时，我都会得到那个cast'ed元组与params创建的元组相同（currentArgs == storedArgs）。 我认为下面的代码解释了一切。

http://ideone.com/h3yzvy

#include <memory>
#include <typeindex>
#include <iostream>
#include <string>
#include <vector>
#include <map>

typedef std::multimap<std::type_index, void*> Object;
typedef std::map<Object, std::shared_ptr<void>> ObjectCollection;

Object object;
ObjectCollection objectCollection;

template<typename T, typename... Args>
T* getResource(Args&& ... args)
{
    // Creating tuple from the arguments
    std::tuple<Args...> currentArgs(std::forward<Args>(args)...);
    // Getting object type info
    std::type_index type = { typeid(T) };

    // Getting all objects from the collection that are of the same type
    auto range = object.equal_range(type);

    for (auto it = range.first; it != range.second; ++it)
    {
        // it->second is a void* Since we are iterating through
        // the the collection of the same type I'm trying to cast
        // back. Object construct parameters should be the same 
        // (in this example: const std::string &fileName)
        auto storedArgs = *static_cast<std::tuple<Args...>*>(it->second);

        // >>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>
        // Problem is here. currentArgs and storedArgs are always equal :/
        // >>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>
        // Return the object from the collection if current arguments and
        // arguments from the collection are the same
        if (currentArgs == storedArgs)
        {
            std::cout << "Found... returning..." << std::endl;
            // found... return...
            return static_cast<T*>(objectCollection[object].get());
        }
    }

    // Object with the same arguments were not found
    // Adding to collection and return
    std::cout << "Adding to collection..." << std::endl;
    object.emplace(type, &currentArgs);
    objectCollection[object] = std::make_shared<T>(std::forward<Args>(args)...);
    return static_cast<T*>(objectCollection[object].get());
}

class Resource
{
public:
    virtual ~Resource() = default;

    template<typename T, typename... Args>
    static T* get(Args&& ... args)
    {
        return getResource<T>(std::forward<Args>(args)...);
    }
};

class Image
{
public:
    Image(const std::string &fileName)
    {
        std::cout << "Loading image " << fileName.c_str() << std::endl;
    }

    ~Image(){};
};

int main()
{
    auto image1 = Resource::get<Image>("aaa.jpg");
    auto image2 = Resource::get<Image>("bbb.jpg");
    auto image3 = Resource::get<Image>("aaa.jpg");
    getchar();
}

编辑

感谢大家的投入。 如果有人关心我的最终Resource.h看起来像这样并且工作完美：

#pragma once

#include <memory>
#include <map>

template<class T, class...Args>
std::map<std::tuple<Args...>, std::shared_ptr<T>>& getCache()
{
    static std::map<std::tuple<Args...>, std::shared_ptr<T>> cache; // only run once
    return cache;
}

template<typename T, typename... Args>
std::shared_ptr<T> getResource(Args&& ... args)
{
    // std::decay_t should be used
    auto& cache = getCache<T, std::decay_t<Args>...>();

    // Creating tuple from the arguments
    auto arguments = std::forward_as_tuple(std::forward<Args>(args)...);

    // Search for object in the cache
    auto it = cache.find(arguments);

    if (it != cache.end())
    {
        // Found. Return.
        return it->second;
    }

    // Not found. Add to cache.
    auto object = std::make_shared<T>(std::forward<Args>(args)...);
    cache.emplace(std::make_pair(std::move(arguments), object));
    return object;
}

class Resource
{
public:
    virtual ~Resource() = default;

    template<typename T, typename... Args>
    static std::shared_ptr<T> get(Args&& ... args)
    {
        return getResource<T>(std::forward<Args>(args)...);
    }
};

Answer 1

为什么不为每种类型和args使用一个函数本地映射？ 由于您已经按照这两个条件过滤了数据，因此可以简化代码：

#include <iostream>
#include <math.h>

using namespace std; 

#include <memory>
#include <typeindex>
#include <iostream>
#include <string>
#include <vector>
#include <map>

template<typename T, typename... Args>
std::shared_ptr<T> getResource(Args&& ... args)
{
    static std::map<std::tuple<Args...>, std::shared_ptr<T>> objectCollection;

    // Creating tuple from the arguments
    std::tuple<Args...> currentArgs(std::forward<Args>(args)...);

    //Search for object in map
    auto objectIter = objectCollection.find(currentArgs);

    if(objectIter != objectCollection.end())
    {
        std::cout << "Found... returning..." << std::endl;
        return objectIter->second;
    }

    std::shared_ptr<T> newObject(new T(args...));
    std::cout << "Adding to collection..." << std::endl;
    objectCollection.insert(std::pair<std::tuple<Args...>, std::shared_ptr<T>>(currentArgs, newObject));
    return newObject;
}

class Resource
{
public:
    virtual ~Resource() = default;

    template<typename T, typename... Args>
    static std::shared_ptr<T> get(Args&& ... args)
    {
        return getResource<T>(std::forward<Args>(args)...);
    }
};

class Image
{
public:
    Image(const std::string &fileName)
    {
        std::cout << "Loading image " << fileName.c_str() << std::endl;
    }

    ~Image() {};
};

int main()
{
    auto image1 = Resource::get<Image>("aaa.jpg");
    auto image2 = Resource::get<Image>("bbb.jpg");
    auto image3 = Resource::get<Image>("aaa.jpg");
    getchar();
}

编辑：我也改变了代码，一直使用shared_ptr。

Answer 2

您正在存储指向函数的局部变量的指针：

// declaration of local variable "currentArgs"
std::tuple<Args...> currentArgs(std::forward<Args>(args)...);

// ...

// storing the pointer of "currentArgs" in "object"
object.emplace(type, &currentArgs);

该局部变量（ currentArgs ）存在于堆栈中，并且从函数返回后，指向它的指针变为无效。 巧合（因为你从同一个地方调用函数），下次调用函数时，变量的地址完全相同，这意味着解除引用你的（无效）指针解析为currentArgs的当前值。

为了避免这个问题，使用new或make_shared创建一个永久对象，并在地图object中将原始指针或smartpointer放入其中。

Answer 3

在这一行：

 object.emplace(type, &currentArgs);

字符数组（或传入的任何类型）将在堆栈上。 那不是你可以拥有的存储空间。 它没有通过任何指针分配使用和存储，更不用说void *，这意味着该指针的内容来自堆栈。

在这些行的每次通话中：

   auto image1 = Resource::get<Image>("aaa.jpg");
   auto image2 = Resource::get<Image>("bbb.jpg");

和其他任何人一样，堆栈恰好在每次调用之前处于相同的状态。 这意味着当调用“bbb.jpg”时，'emplace'调用指向SAME内存，但现在变为“bbb.jpg”而不是“aaa.jpg”。 由于堆栈在该程序的未来版本中的其他地方使用，堆栈将由于正在运行的程序而改变，这意味着所存储的对象的内容将改变，看似随机。

你必须做的是重新考虑存储。

您可以分配要存储的对象的新副本，但这会带来另一个问题。 您已在ObjectCollection中存储了shared_ptr。 它不会知道如何删除它。 实际上，shared_ptr“拥有”的指针可以是任何东西，包括需要销毁的C ++类或结构（如在delete p中，其中p是对所述对象的void *）。 它不知道如何做到这一点，因为shared_ptr只“知道”这是一个空*。 它只会执行void *的删除，并且永远不会调用该对象的析构函数。 为了使其有效，您必须确保只有POD类型（不需要调用析构函数）才有效。 简单地说，对于您正在使用的上下文，您不能使用shared_ptr作为确保处理内存的方法，因为它不仅仅是释放内存，而是您必须处理的破坏。

您可以创建对象的副本，这些副本不是由void存储的，但这意味着map和multimap不能存储任何对象。

这是boost :: any的目的，但是如果你不能使用它，你必须重新考虑如何处理地图中对象的销毁，或者你必须将存储限制为不存在的类型需要析构函数。

最终确定解决方案的解决方案有太多潜在的解决方案（我将为您构建产品，并为您做出设计选择）。

我可以告诉你解决方案所需的功能。

你必须取消shared_ptr。 你不能依赖“自动”释放，这是你使用shared_ptr的目的。 在销毁时，您别无选择，只需遍历所有包含的条目，将它们转换为真实类型，然后“手动”删除它们。 你是如何做到这一点有无数的可能性。

Answer 4

您的代码有一些基本错误。

首先，您使用推导为转发引用的类型，就好像它们是值类型一样。 Args&&...导出转发引用，这意味着Args可以是值或引用类型。 std::tuple<Args>可能是一个引用元组。 这不是你想要的。

其次，你试图避免boost::any ，然后你重新实现它错了。 boost::any是一个void* 以及有关如何复制/销毁/将其强制转换回原始类型的信息。 简单地存储void*行不通的; 并且存储指向自动存储变量（堆栈变量）的指针将是完全垃圾。

每个类型条目的不同地图很诱人，但一个体面的程序需要能够清除它们。

这是一个.clear()类型的擦除视图对象。 它删除了对任意类型的对象调用.clear()的操作：

struct clear_later {
  void*p = nullptr;
  void(*f)(void*) = nullptr;
  template<class O,
    std::enable_if_t<!std::is_same<std::decay_t<O>,clear_later>{}>* = nullptr
  >
  clear_later( O&& o ):
    p(std::addressof(o)),
    f([](void* p){
      auto*po = static_cast<std::decay_t<O>*>(p);
      po->clear();
    })
  {};
  clear_later(clear_later const&)=default;
  clear_later()=default;
  void operator()()const{
    if (f) f(p);
  }
  explicit operator bool()const{ return f; }
  template<class Self>
  friend auto make_tie(Self&&self){
    return std::tie( std::forward<Self>(self).p, std::forward<Self>(self).f );
  }
  friend bool operator<( clear_later lhs, clear_later rhs )const{
    return make_tie(lhs) < make_tie(rhs);
  }
};

现在我们可以构建一组要清除的缓存，其中缓存是不同的类型：

std::vector<clear_later> caches_to_clear;
void clear_caches() {
  for (auto&& clear:caches_to_clear)
    clear();
}

现在我们需要一种方法来自动注册创建的缓存。 我们也希望能够“透明地”查找，因此我们使用std::less<void>进行搜索：

template<class T, class...Args>
std::map< std::tuple<Args...>, T, std::less<> >& make_and_register_cache() {
  static std::map< std::tuple<Args...>, T, std::less<>> retval; // actual storage
  caches_to_clear.emplace_back(retval);
  return retval;
}
template<class T, class...Args>
std::map< std::tuple<Args...>, T, std::less<>>& get_cache() {
  static auto& cache = make_and_register_cache(); // only run once
  return cache;
}

最后：

template<typename T, typename... Args>
std::shared_ptr<T> getResource(Args&& ... args)
{
  // notice the use of decay.  This is important:
  auto& cache = get_cache<T, std::decay_t<Args>...>();

  // Creating tuple from the arguments (via forwarding)
  auto currentArgs = std::forward_as_tuple(std::forward<Args>(args)...);

  //Search for object in map
  auto objectIter = cache.find(currentArgs);

  if(objectIter != cache.end()) {
    std::cout << "Found... returning..." << std::endl;
    return objectIter->second;
  }

  // note lack of forward, and use of make_shared.  Never forward twice!
  auto newObject = std::make_shared<T>(args...);
  std::cout << "Adding to collection..." << std::endl;
  // get rid of extra copy of args you made here by calling emplace
  // move of forwarding tuple activates forwarding:
  cache.emplace(std::move(currentArgs), std::move(newObject));
  return newObject;
}

我们现在可以将内容添加到缓存中。 我们不在缓存中存储引用（与您的版本不同）。 我们可以通过调用clear_caches来清除每个缓存。