堆栈内存溢出
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编译时常量 id

[英]Compile-time constant id

 原文  2011-09-26 22:26:18  6   17    c++/ templates/ template-meta-programming

问题描述

鉴于以下情况：

template<typename T>
class A
{
public:
    static const unsigned int ID = ?;
};

我希望 ID 为每个 T 生成一个唯一的编译时 ID。我考虑过__COUNTER__和 boost PP 库，但到目前为止都没有成功。 我怎样才能做到这一点？

编辑：ID 必须可用于 switch 语句中的情况

Edit2：所有基于静态方法或成员地址的答案都不正确。 尽管它们确实创建了唯一的 ID，但它们不会在编译时解析，因此不能用作 switch 语句的情况。

17 个解决方案

解决方案1
 11  2011-09-26 23:37:58

假设编译器符合标准（关于一个定义规则），这就足够了：

template<typename T>
class A
{
public:
    static char ID_storage;
    static const void * const ID;
};

template<typename T> char A<T>::ID_storage;
template<typename T> const void * const A<T>::ID= &A<T>::ID_storage;

来自 C++ 标准 3.2.5 One definition rule [basic.def.odr]（粗体强调我的）：

... 如果 D 是一个模板并且在多个翻译单元中定义，那么上面列表中的最后四项要求应适用于模板定义（14.6.3）中使用的模板封闭范围的名称，也适用于实例化点的依赖名称 (14.6.2)。 如果 D 的定义满足所有这些要求，那么程序的行为就好像只有一个 D的定义。如果 D 的定义不满足这些要求，则该行为是未定义的。

解决方案2
 9  2016-09-22 13:51:01

我通常使用的是这样的：

template<typename>
void type_id(){}

using type_id_t = void(*)();

由于函数的每个实例化都有自己的地址，您可以使用该地址来识别类型：

// Work at compile time
constexpr type_id_t int_id = type_id<int>;

// Work at runtime too
std::map<type_id_t, std::any> types;

types[type_id<int>] = 4;
types[type_id<std::string>] = "values"s

// Find values
auto it = types.find(type_id<int>);

if (it != types.end()) {
    // Found it!
}

解决方案3
 4  2016-09-16 23:57:15

可以使用此答案中的代码从字符串生成编译时 HASH。

如果您可以修改模板以包含一个额外的整数并使用宏来声明变量：

template<typename T, int ID> struct A
{
    static const int id = ID;
};

#define DECLARE_A(x) A<x, COMPILE_TIME_CRC32_STR(#x)>

将此宏用于类型声明，id 成员包含类型名称的散列。 例如：

int main() 
{
    DECLARE_A(int) a;
    DECLARE_A(double) b;
    DECLARE_A(float) c;
    switch(a.id)
    {
    case DECLARE_A(int)::id:
        cout << "int" << endl;
        break;
    case DECLARE_A(double)::id:
        cout << "double" << endl;
        break;
    case DECLARE_A(float)::id:
        cout << "float" << endl;
        break;
    };
    return 0;
}

当类型名称转换为字符串时，对类型名称文本的任何修改都会产生不同的 id。 例如：

static_assert(DECLARE_A(size_t)::id != DECLARE_A(std::size_t)::id, "");

另一个缺点是可能发生散列冲突。

解决方案4
 4  2011-09-27 00:10:17

这对我来说似乎工作正常：

template<typename T>
class Counted
{
  public:
  static int id()
  {
    static int v;
    return (int)&v;
  }
};

#include <iostream>

int main()
{
  std::cout<<"Counted<int>::id()="<<Counted<int>::id()<<std::endl;
  std::cout<<"Counted<char>::id()="<<Counted<char>::id()<<std::endl;

}

解决方案5
 3  2011-09-26 22:37:18

使用静态函数的内存地址。

template<typename T>
class A  {
public:
    static void ID() {}
};

(&(A<int>::ID))将不同于(&(A<char>::ID))等等。

解决方案6
 3  2011-09-27 12:45:03

我最近遇到了这个确切的问题。 我的解决方案：

计数器.hpp

class counter
{
    static int i;
    static nexti()
    {
        return i++;
    }
};

计数器.cpp：

int counter::i = 0;

模板类.hpp

#include "counter.hpp"

    template <class T>
    tclass
    {
        static const int id;
    };

    template <class T>
    int tclass<T>::id = counter::nexti();

它似乎可以在 MSVC 和 GCC 中正常工作，唯一的例外是您不能在 switch 语句中使用它。

出于各种原因，我实际上更进一步，并定义了一个预处理器宏，该宏根据给定的名称参数创建一个新类，该类具有源自公共基础的静态 ID（如上所述）。

解决方案7
 2  2016-09-22 20:39:26

这是一个主要基于模板的可能解决方案：

#include<cstddef>
#include<functional>
#include<iostream>

template<typename T>
struct wrapper {
    using type = T;
    constexpr wrapper(std::size_t N): N{N} {}
    const std::size_t N;
};

template<typename... T>
struct identifier: wrapper<T>... {
    template<std::size_t... I>
    constexpr identifier(std::index_sequence<I...>): wrapper<T>{I}... {}

    template<typename U>
    constexpr std::size_t get() const { return wrapper<U>::N; }
};

template<typename... T>
constexpr identifier<T...> ID = identifier<T...>{std::make_index_sequence<sizeof...(T)>{}};

// ---

struct A {};
struct B {};

constexpr auto id = ID<A, B>;

int main() {
    switch(id.get<B>()) {
    case id.get<A>():
        std::cout << "A" << std::endl;
        break;
    case id.get<B>():
        std::cout << "B" << std::endl;
        break;
    }
}

请注意，这需要 C++14。

要将顺序 id 与类型列表相关联，您只需将该列表提供给模板变量，如上例所示：

constexpr auto id = ID<A, B>;

从那时起，您可以通过get方法get给定类型的给定 id：

id.get<A>()

就这样。 您可以根据要求在switch语句中使用它，如示例代码所示。

请注意，只要将类型附加到与数字 id 相关联的类列表中，每次编译后和每次执行期间的标识符都是相同的。
如果你想从列表中删除一个类型，你仍然可以使用假类型作为占位符，例如：

template<typename> struct noLonger { };
constexpr auto id = ID<noLonger<A>, B>;

这将确保A不再有关联的 id 并且给B那个不会改变。
如果您不想绝对删除A ，则可以使用以下内容：

constexpr auto id = ID<noLonger<void>, B>;

管他呢。

解决方案8
 2  2016-09-23 22:42:11

好的.....所以这是我从这个网站上发现的一个黑客。 它应该工作。 您唯一需要做的就是向struct中添加另一个模板参数，该参数采用计数器“元对象”。 请注意，带有int 、 bool和char A都有唯一的 ID，但不能保证int为1而bool将为2等，因为模板启动的顺序不一定知道。

另一个注意事项：

这不适用于 Microsoft Visual C++

#include <iostream>
#include "meta_counter.hpp"

template<typename T, typename counter>
struct A
{
    static const size_t ID = counter::next();
};

int main () {
    typedef atch::meta_counter<void> counter;
    typedef A<int,counter> AInt;
    typedef A<char,counter> AChar;
    typedef A<bool,counter> ABool;
    switch (ABool::ID)
    {
        case AInt::ID:
            std::cout << "Int\n";
            break;
        case ABool::ID:
            std::cout << "Bool\n";
            break;
        case AChar::ID:
            std::cout << "Char\n";
            break;
    }

    std::cout << AInt::ID << std::endl;
    std::cout << AChar::ID << std::endl;
    std::cout << ABool::ID << std::endl;
    std::cout << AInt::ID << std::endl;
    while (1) {}
}

这是meta_counter.hpp ：

// author: Filip Roséen <filip.roseen@gmail.com>
// source: http://b.atch.se/posts/constexpr-meta-container

#ifndef ATCH_META_COUNTER_HPP
#define ATCH_META_COUNTER_HPP

#include <cstddef>

namespace atch { namespace {

  template<class Tag>
  struct meta_counter {
    using size_type = std::size_t;

    template<size_type N>
    struct ident {
      friend constexpr size_type adl_lookup (ident<N>);
      static constexpr size_type value = N;
    };

    // - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - 

    template<class Ident>
    struct writer {
      friend constexpr size_type adl_lookup (Ident) {
        return Ident::value;
      }

      static constexpr size_type value = Ident::value;
    };

    // - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - 

    template<size_type N, int = adl_lookup (ident<N> {})>
    static constexpr size_type value_reader (int, ident<N>) {
      return N;
    }

    template<size_type N>
    static constexpr size_type value_reader (float, ident<N>, size_type R = value_reader (0, ident<N-1> ())) {
      return R;
    }

    static constexpr size_type value_reader (float, ident<0>) {
      return 0;
    }

    // - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - 

    template<size_type Max = 64>
    static constexpr size_type value (size_type R = value_reader (0, ident<Max> {})) {
      return R;
    }

    template<size_type N = 1, class H = meta_counter>
    static constexpr size_type next (size_type R = writer<ident<N + H::value ()>>::value) {
      return R;
    }
  };
}}

#endif /* include guard */

解决方案9
 2  2016-11-30 05:08:19

使用这个常量表达式计数器：

template <class T>
class A
{
public:
    static constexpr int ID() { return next(); }
};
class DUMMY { };
int main() {
    std::cout << A<char>::ID() << std::endl;
    std::cout << A<int>::ID() << std::endl;
    std::cout << A<BETA>::ID() << std::endl;
    std::cout << A<BETA>::ID() << std::endl;
    return 0;
}

输出：（GCC，C++14）

1
2
3
3

缺点是您需要猜测常量表达式计数器工作的派生类数量的上限。

解决方案10
 1  2016-09-17 23:03:10

几个月前我遇到了类似的问题。 我一直在寻找一种技术来定义每次执行时都相同的标识符。
如果这是一个要求，那么这里有另一个问题或多或少地探讨了相同的问题（当然，它附带了很好的答案）。
无论如何，我没有使用建议的解决方案。 它遵循了我当时所做的事情的描述。

您可以像下面这样定义一个constexpr函数：

static constexpr uint32_t offset = 2166136261u;
static constexpr uint32_t prime = 16777619u;

constexpr uint32_t fnv(uint32_t partial, const char *str) {
    return str[0] == 0 ? partial : fnv((partial^str[0])*prime, str+1);
}

inline uint32_t fnv(const char *str) {
    return fnv(offset, str);
}

然后是一个像这样继承的类：

template<typename T>
struct B {
    static const uint32_t id() {
        static uint32_t val = fnv(T::identifier);
        return val;
    }
};

CRTP 习惯用法做剩下的。
例如，您可以按如下方式定义派生类：

struct C: B<C> {
    static const char * identifier;
};

const char * C::identifier = "ID(C)";

只要您为不同的类提供不同的标识符，您将拥有可用于区分类型的唯一数值。

标识符不需要是派生类的一部分。 例如，您可以通过 trait 来提供它们：

template<typename> struct trait;
template<> struct trait { static const char * identifier; };

// so on with all the identifiers

template<typename T>
struct B {
    static const uint32_t id() {
        static uint32_t val = fnv(trait<T>::identifier);
        return val;
    }
};

优点：

  • 易于实施。
  • 没有依赖性。
  • 每次执行期间数值都相同。
  • 如果需要，类可以共享相同的数字标识符。

缺点：

  • 容易出错：复制和粘贴很快就会成为你最大的敌人。

它遵循上述内容的最小工作示例。
我修改了代码，以便能够在switch语句中使用ID成员方法：

#include<type_traits>
#include<cstdint>
#include<cstddef>

static constexpr uint32_t offset = 2166136261u;
static constexpr uint32_t prime = 16777619u;

template<std::size_t I, std::size_t N>
constexpr
std::enable_if_t<(I == N), uint32_t>
fnv(uint32_t partial, const char (&)[N]) {
    return partial;
}

template<std::size_t I, std::size_t N>
constexpr
std::enable_if_t<(I < N), uint32_t>
fnv(uint32_t partial, const char (&str)[N]) {
    return fnv<I+1>((partial^str[I])*prime, str);
}

template<std::size_t N>
constexpr inline uint32_t fnv(const char (&str)[N]) {
    return fnv<0>(offset, str);
}

template<typename T>
struct A {
    static constexpr uint32_t ID() {
        return fnv(T::identifier);
    }
};

struct C: A<C> {
    static constexpr char identifier[] = "foo";
};

struct D: A<D> {
    static constexpr char identifier[] = "bar";
};

int main() {
    constexpr auto val = C::ID();

    switch(val) {
    case C::ID():
        break;
    case D::ID():
        break;
    default:
        break;
    }
}

请注意，如果您想在非常量表达式中使用ID ，则必须在某处定义identifier s，如下所示：

constexpr char C::identifier[];
constexpr char D::identifier[];

完成后，您可以执行以下操作：

int main() {
    constexpr auto val = C::ID();
    // Now, it is well-formed
    auto ident = C::ID();

    // ...
}

解决方案11
 1  2016-09-22 12:06:55

这是一个 C++ 代码，它使用__DATE__和__TIME__宏来获取类型<T>唯一标识符

格式：

// __DATE__ "??? ?? ????"
// __TIME__ "??:??:??"

这是一个质量很差的哈希函数：

#define HASH_A 8416451
#define HASH_B 11368711
#define HASH_SEED 9796691    \
+ __DATE__[0x0] * 389        \
+ __DATE__[0x1] * 82421      \
+ __DATE__[0x2] * 1003141    \
+ __DATE__[0x4] * 1463339    \
+ __DATE__[0x5] * 2883371    \
+ __DATE__[0x7] * 4708387    \
+ __DATE__[0x8] * 4709213    \
+ __DATE__[0x9] * 6500209    \
+ __DATE__[0xA] * 6500231    \
+ __TIME__[0x0] * 7071997    \
+ __TIME__[0x1] * 10221293   \
+ __TIME__[0x3] * 10716197   \
+ __TIME__[0x4] * 10913537   \
+ __TIME__[0x6] * 14346811   \
+ __TIME__[0x7] * 15485863

unsigned HASH_STATE = HASH_SEED;
unsigned HASH() {
    return HASH_STATE = HASH_STATE * HASH_A % HASH_B;
}

使用哈希函数：

template <typename T>
class A
{
public:
    static const unsigned int ID;
};

template <>
const unsigned int A<float>::ID = HASH();

template <>
const unsigned int A<double>::ID = HASH();

template <>
const unsigned int A<int>::ID = HASH();

template <>
const unsigned int A<short>::ID = HASH();

#include <iostream>

int main() {
    std::cout << A<float>::ID << std::endl;
    std::cout << A<double>::ID << std::endl;
    std::cout << A<int>::ID << std::endl;
    std::cout << A<short>::ID << std::endl;
}

解决方案12
 1  2021-04-06 07:54:50

使用模板，如果 constexpr，需要 c++17

#include <iostream>

template <typename Type, typename... Types>
struct TypeRegister{
    template<typename Queried_type>
    static constexpr int id(){
        if constexpr (std::is_same_v<Type, Queried_type>) return 0;
        else{
            static_assert((sizeof...(Types) > 0), "You shan't query a type you didn't register first");
            return 1 + TypeRegister<Types...>::template id<Queried_type>();
        }
    }
};

int main(){
    using reg_map = TypeRegister<int, float, char, const int&>;
    std::cout << reg_map::id<const int&>() << std::endl;// 3
    // std::cout << reg_map::id<const int>() << std::endl;// error
}

解决方案13
 1  2011-09-26 23:58:44

这是做不到的。 静态对象的地址是最接近唯一 id 的地址，但是为了获取此类对象的地址（甚至是静态常量积分），它们必须在某处定义。 根据一个定义规则，它们应该在 CPP 文件中定义，因为它们是模板，所以不能这样做。 如果您在头文件中定义静态，那么每个编译单元将获得它自己的版本，当然在不同的地址实现。

解决方案14
 0  2015-11-01 01:15:33

另一种选择是考虑以下具有唯一静态成员字段type类Data ：

template <class T>
class Data
{
public:
    static const std::type_index type;
};
// do [static data member initialization](http://stackoverflow.com/q/11300652/3041008)
// by [generating unique type id](http://stackoverflow.com/q/26794944/3041008)
template <class T>
std::type_index const Data<T>::type = std::type_index(typeid(T));

产生输出（ MinGWx64-gcc4.8.4 -std=c++11 -O2 ）

printf("%s %s\n", Data<int>::type.name(), Data<float>::type.name())
//prints "i f"

它不完全是整数 id 或可漂亮打印的字符串，也不是constexpr ，但可以用作（无）有序关联容器中的索引。
如果Data.h标头包含在多个文件中（相同的hashCode()值），它似乎也有效。

解决方案15
 0  2016-09-23 17:38:13

这是一个实用的解决方案，如果您可以为要使用的每种type编写一个额外的行DECLARE_ID(type) ：

 #include <iostream>

 template<class> struct my_id_helper;
 #define DECLARE_ID(C) template<> struct my_id_helper<C> { enum {value = __COUNTER__ }; }

 // actually declare ids:
 DECLARE_ID(int);
 DECLARE_ID(double);
 // this would result in a compile error: redefinition of struct my_id_helper<int>’
 // DECLARE_ID(int);

 template<class T>
 class A
 {
 public:
     static const unsigned int ID = my_id_helper<T>::value;
 };

 int main()
 {
     switch(A<int>::ID)
     {
     case A<int>::ID:    std::cout << "it's an int!\n"; break;
     case A<double>::ID: std::cout << "it's a double!\n"; break;
     // case A<float>::ID: // error: incomplete type ‘my_id_helper<float>’
     default: std::cout << "it's something else\n"; break;
     }
 }

解决方案16
 0  2018-10-27 15:31:02

template<typename T>
static void get_type_id() { void* x; new (x) T(); }
using type_id_t = void(*)();

优化工作正常

解决方案17
 0  2011-09-26 23:53:36

如果可以接受非单调值和intptr_t ：

template<typename T>
struct TypeID
{
private:
    static char id_ref;
public:
    static const intptr_t ID;
};

template<typename T>
  char TypeID<T>::id_ref;
template<typename T>
  const intptr_t TypeID<T>::ID = (intptr_t)&TypeID<T>::id_ref;

如果你必须有整数，或者必须有单调递增的值，我认为使用静态构造函数是唯一的方法：

// put this in a namespace
extern int counter;

template<typename T>
class Counter {
private:
  Counter() {
    ID_val = counter++;
  }
  static Counter init;
  static int ID_val;
public:
  static const int &ID;
};

template<typename T>
  Counter<T> Counter<T>::init;
template<typename T>
  int Counter<T>::ID_val;
template<typename T>
  const int &Counter<T>::ID = Counter<T>::ID_val;

// in a non-header file somewhere
int counter;

请注意，如果您在共享库和应用程序之间共享这些技术，则它们都不安全！

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