如何多態地使用替代類型的 std::variant

Question

我正在編寫一個解析器並使用std::variant來表示 AST 的節點。 對於基本表達式，我有類似的東西：

struct Add;
struct Sub;
struct Mul;
struct Div;
typedef std::variant<Add, Sub, Mul, Div> Node;

（實際的結構定義在后面，因為其中一些是指Node 。）

我發現這種方法比將Node聲明為抽象基類並將Add等聲明為子類更好，因為它使我能夠將使用 AST 的邏輯與 AST 本身分開。 例如，評估表達式的代碼可以使用std::visit而無需Node需要虛擬evaluate方法或進行類型檢查和向下轉換。

我的問題是我希望每個Node都有一些字段，並且我希望在使用這些字段時能夠對所有 Node 變體進行相同的處理。

我帶來的唯一策略是：

• 將Node定義為具有公共字段和單獨的std::variant成員的結構。
• 在每個Node替代項中分別定義字段，並為每個字段定義一個帶有const auto &成員的訪問者，用於選擇該字段。 換句話說，只使用訪問者。

有沒有其他辦法？ 我真正想做的是定義一個帶有字段的抽象基類，讓所有Node替代方案（ Add等）從該類繼承，然后能夠說，“我不知道這個std::variant什么替代方案std::variant包含，但我知道它們都是這個基類的實例，我只想將它用作該類的實例。”

Answer 1

假設基類偏移量因類而異（通常不能保證基類在 C++ 中具有零偏移量）。 顯然，這意味着您需要知道存儲在變體中的實際類型才能定位基類子對象。

一旦你意識到這一點，你就會明白為什么你的選擇有效：

• 如果公共字段是Node一部分，則它們在Node始終處於固定偏移量
• 如果您使用訪問者，它會找到實際類型，因此可以計算每個類型到基類子對象的偏移量。

Answer 2

假設變體中的每個類型都有一些字段std::string_view token; （無論這是在每一個中寫出來還是來自一個共同的，不一定是多態的，基類取決於你），你可以編寫如下訪問器：

std::string_view getToken(const Node& node)
{
  return std::visit([](const auto& n) { return n.token; }, node);
}

https://godbolt.org/z/B8tAdY

請注意，您不必手動添加重載 - lambda 中的auto本質上使 lambda 成為模板，因此您只需依賴編譯時多態性。 您最終會得到一個不錯的跳轉表（每個表都只返回適當的成員偏移量）：

std::__detail::__variant::__gen_vtable_impl<true, std::__detail::__variant::_Multi_array<std::basic_string_view<char, std::char_traits<char> > (*)(getToken(std::variant<Add, Sub, Mul, Div> const&)::$_0&&, std::variant<Add, Sub, Mul, Div> const&)>, std::tuple<std::variant<Add, Sub, Mul, Div> const&>, std::integer_sequence<unsigned long, 0ul> >::__visit_invoke(getToken(std::variant<Add, Sub, Mul, Div> const&)::$_0&&, std::variant<Add, Sub, Mul, Div> const&): # @"std::__detail::__variant::__gen_vtable_impl<true, std::__detail::__variant::_Multi_array<std::basic_string_view<char, std::char_traits<char> > (*)(getToken(std::variant<Add, Sub, Mul, Div> const&)::$_0&&, std::variant<Add, Sub, Mul, Div> const&)>, std::tuple<std::variant<Add, Sub, Mul, Div> const&>, std::integer_sequence<unsigned long, 0ul> >::__visit_invoke(getToken(std::variant<Add, Sub, Mul, Div> const&)::$_0&&, std::variant<Add, Sub, Mul, Div> const&)"
        mov     rax, qword ptr [rsi + 8]
        mov     rdx, qword ptr [rsi + 16]
        ret
std::__detail::__variant::__gen_vtable_impl<true, std::__detail::__variant::_Multi_array<std::basic_string_view<char, std::char_traits<char> > (*)(getToken(std::variant<Add, Sub, Mul, Div> const&)::$_0&&, std::variant<Add, Sub, Mul, Div> const&)>, std::tuple<std::variant<Add, Sub, Mul, Div> const&>, std::integer_sequence<unsigned long, 1ul> >::__visit_invoke(getToken(std::variant<Add, Sub, Mul, Div> const&)::$_0&&, std::variant<Add, Sub, Mul, Div> const&): # @"std::__detail::__variant::__gen_vtable_impl<true, std::__detail::__variant::_Multi_array<std::basic_string_view<char, std::char_traits<char> > (*)(getToken(std::variant<Add, Sub, Mul, Div> const&)::$_0&&, std::variant<Add, Sub, Mul, Div> const&)>, std::tuple<std::variant<Add, Sub, Mul, Div> const&>, std::integer_sequence<unsigned long, 1ul> >::__visit_invoke(getToken(std::variant<Add, Sub, Mul, Div> const&)::$_0&&, std::variant<Add, Sub, Mul, Div> const&)"
        mov     rax, qword ptr [rsi + 16]
        mov     rdx, qword ptr [rsi + 24]
        ret
std::__detail::__variant::__gen_vtable_impl<true, std::__detail::__variant::_Multi_array<std::basic_string_view<char, std::char_traits<char> > (*)(getToken(std::variant<Add, Sub, Mul, Div> const&)::$_0&&, std::variant<Add, Sub, Mul, Div> const&)>, std::tuple<std::variant<Add, Sub, Mul, Div> const&>, std::integer_sequence<unsigned long, 2ul> >::__visit_invoke(getToken(std::variant<Add, Sub, Mul, Div> const&)::$_0&&, std::variant<Add, Sub, Mul, Div> const&): # @"std::__detail::__variant::__gen_vtable_impl<true, std::__detail::__variant::_Multi_array<std::basic_string_view<char, std::char_traits<char> > (*)(getToken(std::variant<Add, Sub, Mul, Div> const&)::$_0&&, std::variant<Add, Sub, Mul, Div> const&)>, std::tuple<std::variant<Add, Sub, Mul, Div> const&>, std::integer_sequence<unsigned long, 2ul> >::__visit_invoke(getToken(std::variant<Add, Sub, Mul, Div> const&)::$_0&&, std::variant<Add, Sub, Mul, Div> const&)"
        mov     rax, qword ptr [rsi + 8]
        mov     rdx, qword ptr [rsi + 16]
        ret
std::__detail::__variant::__gen_vtable_impl<true, std::__detail::__variant::_Multi_array<std::basic_string_view<char, std::char_traits<char> > (*)(getToken(std::variant<Add, Sub, Mul, Div> const&)::$_0&&, std::variant<Add, Sub, Mul, Div> const&)>, std::tuple<std::variant<Add, Sub, Mul, Div> const&>, std::integer_sequence<unsigned long, 3ul> >::__visit_invoke(getToken(std::variant<Add, Sub, Mul, Div> const&)::$_0&&, std::variant<Add, Sub, Mul, Div> const&): # @"std::__detail::__variant::__gen_vtable_impl<true, std::__detail::__variant::_Multi_array<std::basic_string_view<char, std::char_traits<char> > (*)(getToken(std::variant<Add, Sub, Mul, Div> const&)::$_0&&, std::variant<Add, Sub, Mul, Div> const&)>, std::tuple<std::variant<Add, Sub, Mul, Div> const&>, std::integer_sequence<unsigned long, 3ul> >::__visit_invoke(getToken(std::variant<Add, Sub, Mul, Div> const&)::$_0&&, std::variant<Add, Sub, Mul, Div> const&)"
        mov     rax, qword ptr [rsi + 16]
        mov     rdx, qword ptr [rsi + 24]
        ret

std::__detail::__variant::__gen_vtable<true, std::basic_string_view<char, std::char_traits<char> >, getToken(std::variant<Add, Sub, Mul, Div> const&)::$_0&&, std::variant<Add, Sub, Mul, Div> const&>::_S_vtable:
        .quad   std::__detail::__variant::__gen_vtable_impl<true, std::__detail::__variant::_Multi_array<std::basic_string_view<char, std::char_traits<char> > (*)(getToken(std::variant<Add, Sub, Mul, Div> const&)::$_0&&, std::variant<Add, Sub, Mul, Div> const&)>, std::tuple<std::variant<Add, Sub, Mul, Div> const&>, std::integer_sequence<unsigned long, 0ul> >::__visit_invoke(getToken(std::variant<Add, Sub, Mul, Div> const&)::$_0&&, std::variant<Add, Sub, Mul, Div> const&)
        .quad   std::__detail::__variant::__gen_vtable_impl<true, std::__detail::__variant::_Multi_array<std::basic_string_view<char, std::char_traits<char> > (*)(getToken(std::variant<Add, Sub, Mul, Div> const&)::$_0&&, std::variant<Add, Sub, Mul, Div> const&)>, std::tuple<std::variant<Add, Sub, Mul, Div> const&>, std::integer_sequence<unsigned long, 1ul> >::__visit_invoke(getToken(std::variant<Add, Sub, Mul, Div> const&)::$_0&&, std::variant<Add, Sub, Mul, Div> const&)
        .quad   std::__detail::__variant::__gen_vtable_impl<true, std::__detail::__variant::_Multi_array<std::basic_string_view<char, std::char_traits<char> > (*)(getToken(std::variant<Add, Sub, Mul, Div> const&)::$_0&&, std::variant<Add, Sub, Mul, Div> const&)>, std::tuple<std::variant<Add, Sub, Mul, Div> const&>, std::integer_sequence<unsigned long, 2ul> >::__visit_invoke(getToken(std::variant<Add, Sub, Mul, Div> const&)::$_0&&, std::variant<Add, Sub, Mul, Div> const&)
        .quad   std::__detail::__variant::__gen_vtable_impl<true, std::__detail::__variant::_Multi_array<std::basic_string_view<char, std::char_traits<char> > (*)(getToken(std::variant<Add, Sub, Mul, Div> const&)::$_0&&, std::variant<Add, Sub, Mul, Div> const&)>, std::tuple<std::variant<Add, Sub, Mul, Div> const&>, std::integer_sequence<unsigned long, 3ul> >::__visit_invoke(getToken(std::variant<Add, Sub, Mul, Div> const&)::$_0&&, std::variant<Add, Sub, Mul, Div> const&)

遺憾的是，使用公共基類並不會導致編譯器意識到所有情況都具有相同的代碼 - 您仍然保留跳轉表： https : //godbolt.org/z/GTyNgP

從理論上講，您可以使用自定義的類似變體的類型擦除數據結構，該結構知道所有類型都具有公共基類並通過它來代替。 但這朝着只擁有一個具有公共接口等的NodeBase類的方向發展。