从一个例子看现代C++的威力

引子

最近准备重构一下我的kapok库，让meta函数可以返回元素为kv的tuple，例如：

struct person
{
    std::string name;
    int age;
    META(name, age) //定义一个支持变参的meta函数
};
int main()
{
    person p = {“tom”, 20};
    auto tp = p.meta();
    static_assert(std::is_same(std::tuple<std::pair<std::string, int>>, decltype(tp), “not same”);
    //在内存中是这样的 {{“name”:”tom”}, {“age”:20}};
    return 0;
}

类似这个META的实现我在msgpack的库里看到了，在这里：

　　msgpack中仅仅是宏元的代码就数百行了，看起来非常复杂，msgpack之所以用这么复杂的方式去实现恐怕是为了支持c++98/03标准。本来想看看msgpack是如何实现META函数的，但是它的宏元代码读起来比较困难，要读懂估计要花一天的时间，于是作罢。

后来想起群里的ddrm实现了类似的功能，据说没有msgpack这么复杂，简洁一些，于是向ddrm要来了代码（在此对ddrm分享的源码表示感谢）。他的思路也是用宏元，但是比msgpack的代码少很多，将近一百行代码。我不太喜欢这么复杂的代码，我准备用一种更简单的方式去实现这个效果。附上ddrm的代码，大家可以借鉴参考一下。

#ifndef TUPLE_MACRO_DEF_H
#define TUPLE_MACRO_DEF_H

#define MARCO_EXPAND(arg_list)          arg_list
#define APPLY_VARIADIC_MACRO(macro,tuple) macro tuple

#define ADD_REFERENCE(t) std::reference_wrapper<decltype(t)>(t)
#define ADD_REFERENCE_CONST(t) std::reference_wrapper<std::add_const_t<decltype(t)>>(t)
#define PAIR_OBJECT(t) std::make_pair(#t, ADD_REFERENCE(t))
#define PAIR_OBJECT_CONST(t) std::make_pair(#t, ADD_REFERENCE_CONST(t))
#define MAKE_TUPLE(...) auto tuple() { return std::make_tuple(__VA_ARGS__); } 
#define MAKE_TUPLE_CONST(...) auto tuple() const { return std::make_tuple(__VA_ARGS__); }

/* arg list expand macro, now support 40 args */
#define MAKE_ARG_LIST_1(op, arg, ...)   op(arg)
#define MAKE_ARG_LIST_2(op, arg, ...)   op(arg), MARCO_EXPAND(MAKE_ARG_LIST_1(op, __VA_ARGS__))
#define MAKE_ARG_LIST_3(op, arg, ...)   op(arg), MARCO_EXPAND(MAKE_ARG_LIST_2(op, __VA_ARGS__))
#define MAKE_ARG_LIST_4(op, arg, ...)   op(arg), MARCO_EXPAND(MAKE_ARG_LIST_3(op, __VA_ARGS__))
#define MAKE_ARG_LIST_5(op, arg, ...)   op(arg), MARCO_EXPAND(MAKE_ARG_LIST_4(op, __VA_ARGS__))
#define MAKE_ARG_LIST_6(op, arg, ...)   op(arg), MARCO_EXPAND(MAKE_ARG_LIST_5(op, __VA_ARGS__))
#define MAKE_ARG_LIST_7(op, arg, ...)   op(arg), MARCO_EXPAND(MAKE_ARG_LIST_6(op, __VA_ARGS__))
#define MAKE_ARG_LIST_8(op, arg, ...)   op(arg), MARCO_EXPAND(MAKE_ARG_LIST_7(op, __VA_ARGS__))
#define MAKE_ARG_LIST_9(op, arg, ...)   op(arg), MARCO_EXPAND(MAKE_ARG_LIST_8(op, __VA_ARGS__))
#define MAKE_ARG_LIST_10(op, arg, ...)  op(arg), MARCO_EXPAND(MAKE_ARG_LIST_9(op, __VA_ARGS__))
#define MAKE_ARG_LIST_11(op, arg, ...)  op(arg), MARCO_EXPAND(MAKE_ARG_LIST_10(op, __VA_ARGS__))
#define MAKE_ARG_LIST_12(op, arg, ...)  op(arg), MARCO_EXPAND(MAKE_ARG_LIST_11(op, __VA_ARGS__))
#define MAKE_ARG_LIST_13(op, arg, ...)  op(arg), MARCO_EXPAND(MAKE_ARG_LIST_12(op, __VA_ARGS__))
#define MAKE_ARG_LIST_14(op, arg, ...)  op(arg), MARCO_EXPAND(MAKE_ARG_LIST_13(op, __VA_ARGS__))
#define MAKE_ARG_LIST_15(op, arg, ...)  op(arg), MARCO_EXPAND(MAKE_ARG_LIST_14(op, __VA_ARGS__))
#define MAKE_ARG_LIST_16(op, arg, ...)  op(arg), MARCO_EXPAND(MAKE_ARG_LIST_15(op, __VA_ARGS__))
#define MAKE_ARG_LIST_17(op, arg, ...)  op(arg), MARCO_EXPAND(MAKE_ARG_LIST_16(op, __VA_ARGS__))
#define MAKE_ARG_LIST_18(op, arg, ...)  op(arg), MARCO_EXPAND(MAKE_ARG_LIST_17(op, __VA_ARGS__))
#define MAKE_ARG_LIST_19(op, arg, ...)  op(arg), MARCO_EXPAND(MAKE_ARG_LIST_18(op, __VA_ARGS__))
#define MAKE_ARG_LIST_20(op, arg, ...)  op(arg), MARCO_EXPAND(MAKE_ARG_LIST_19(op, __VA_ARGS__))
#define MAKE_ARG_LIST_21(op, arg, ...)  op(arg), MARCO_EXPAND(MAKE_ARG_LIST_20(op, __VA_ARGS__))
#define MAKE_ARG_LIST_22(op, arg, ...)  op(arg), MARCO_EXPAND(MAKE_ARG_LIST_21(op, __VA_ARGS__))
#define MAKE_ARG_LIST_23(op, arg, ...)  op(arg), MARCO_EXPAND(MAKE_ARG_LIST_22(op, __VA_ARGS__))
#define MAKE_ARG_LIST_24(op, arg, ...)  op(arg), MARCO_EXPAND(MAKE_ARG_LIST_23(op, __VA_ARGS__))
#define MAKE_ARG_LIST_25(op, arg, ...)  op(arg), MARCO_EXPAND(MAKE_ARG_LIST_24(op, __VA_ARGS__))
#define MAKE_ARG_LIST_26(op, arg, ...)  op(arg), MARCO_EXPAND(MAKE_ARG_LIST_25(op, __VA_ARGS__))
#define MAKE_ARG_LIST_27(op, arg, ...)  op(arg), MARCO_EXPAND(MAKE_ARG_LIST_26(op, __VA_ARGS__))
#define MAKE_ARG_LIST_28(op, arg, ...)  op(arg), MARCO_EXPAND(MAKE_ARG_LIST_27(op, __VA_ARGS__))
#define MAKE_ARG_LIST_29(op, arg, ...)  op(arg), MARCO_EXPAND(MAKE_ARG_LIST_28(op, __VA_ARGS__))
#define MAKE_ARG_LIST_30(op, arg, ...)  op(arg), MARCO_EXPAND(MAKE_ARG_LIST_29(op, __VA_ARGS__))
#define MAKE_ARG_LIST_31(op, arg, ...)  op(arg), MARCO_EXPAND(MAKE_ARG_LIST_30(op, __VA_ARGS__))
#define MAKE_ARG_LIST_32(op, arg, ...)  op(arg), MARCO_EXPAND(MAKE_ARG_LIST_31(op, __VA_ARGS__))
#define MAKE_ARG_LIST_33(op, arg, ...)  op(arg), MARCO_EXPAND(MAKE_ARG_LIST_32(op, __VA_ARGS__))
#define MAKE_ARG_LIST_34(op, arg, ...)  op(arg), MARCO_EXPAND(MAKE_ARG_LIST_33(op, __VA_ARGS__))
#define MAKE_ARG_LIST_35(op, arg, ...)  op(arg), MARCO_EXPAND(MAKE_ARG_LIST_34(op, __VA_ARGS__))
#define MAKE_ARG_LIST_36(op, arg, ...)  op(arg), MARCO_EXPAND(MAKE_ARG_LIST_35(op, __VA_ARGS__))
#define MAKE_ARG_LIST_37(op, arg, ...)  op(arg), MARCO_EXPAND(MAKE_ARG_LIST_36(op, __VA_ARGS__))
#define MAKE_ARG_LIST_38(op, arg, ...)  op(arg), MARCO_EXPAND(MAKE_ARG_LIST_37(op, __VA_ARGS__))
#define MAKE_ARG_LIST_39(op, arg, ...)  op(arg), MARCO_EXPAND(MAKE_ARG_LIST_38(op, __VA_ARGS__))
#define MAKE_ARG_LIST_40(op, arg, ...)  op(arg), MARCO_EXPAND(MAKE_ARG_LIST_39(op, __VA_ARGS__))

/* emmbed marco, using EMMBED_TUPLE(5 , a, b, c, d, e) */
//note use MACRO_CONCAT like A##_##B direct may cause marco expand error
#define MACRO_CONCAT(A, B) MACRO_CONCAT1(A, B)
#define MACRO_CONCAT1(A, B) A##_##B

#define MAKE_ARG_LIST(N, op, arg, ...) 
        MACRO_CONCAT(MAKE_ARG_LIST, N)(op, arg, __VA_ARGS__)

#define EMMBED_TUPLE(N, ...) 
MAKE_TUPLE(MAKE_ARG_LIST(N, PAIR_OBJECT, __VA_ARGS__)) 
MAKE_TUPLE_CONST(MAKE_ARG_LIST(N, PAIR_OBJECT_CONST, __VA_ARGS__))

// see  http://groups.google.com/group/comp.std.c/browse_thread/thread/77ee8c8f92e4a3fb/346fc464319b1ee5
#define RSEQ_N() 
         63,62,61,60,                   
         59,58,57,56,55,54,53,52,51,50, 
         49,48,47,46,45,44,43,42,41,40, 
         39,38,37,36,35,34,33,32,31,30, 
         29,28,27,26,25,24,23,22,21,20, 
         19,18,17,16,15,14,13,12,11,10, 
         9,8,7,6,5,4,3,2,1,0

#define ARG_N( 
         _1, _2, _3, _4, _5, _6, _7, _8, _9,_10, 
         _11,_12,_13,_14,_15,_16,_17,_18,_19,_20, 
         _21,_22,_23,_24,_25,_26,_27,_28,_29,_30, 
         _31,_32,_33,_34,_35,_36,_37,_38,_39,_40, 
         _41,_42,_43,_44,_45,_46,_47,_48,_49,_50, 
         _51,_52,_53,_54,_55,_56,_57,_58,_59,_60, 
         _61,_62,_63,N, ...) N

#define GET_ARG_COUNT(...) APPLY_VARIADIC_MACRO(GET_ARG_COUNT_INNER,(__VA_ARGS__, RSEQ_N()))
#define GET_ARG_COUNT_INNER(...) APPLY_VARIADIC_MACRO(ARG_N, (__VA_ARGS__))

#define EMMBED(...) EMMBED_TUPLE(GET_ARG_COUNT(__VA_ARGS__), __VA_ARGS__)

#endif

10行代码解决问题

我探索了一些可能的方案后，最终找到了一种满意的方案，最终的实现代码不过十来行，非常简洁，感谢c++11/14，正是现代C++才让代码变得如此简洁。

实现思路也比较简单，问题的本质是将输入的参数值变成一个pair，key是值的字面量，value是变量本身的值，所以生成的pair是这样的std::pair<std::string, someval>, 另外这个pair是每一个输入参数值都会生成一个pair，如果是一系列的参数值就要生成一系列的pair，这就要求支持变参。所以问题的关键是要在展开变参的过程中将这些pair放到一个tuple中，这对于c++11/14来说是不难办到的，下面是实现代码：

#define MAKE_PAIR(text) std::pair<std::string, decltype(text)>{#text, text}

template<typename T>
constexpr static inline auto apply(T const & args)
{
    return args;
}

template<typename T, typename T1, typename... Args>
constexpr static inline auto apply(T const & t, const T1& first, const Args&... args)
{
    return apply(std::tuple_cat(t, std::make_tuple(MAKE_PAIR(first))), args...);
}

#define META(...) auto meta(){ return apply(std::tuple<>(), __VA_ARGS__); }

使用现代C++之后，仅仅需要10行代码就可以实现之前需要上百行甚至数百行代码才能实现的目标，这无疑体现了现代C++的巨大威力。除了非常简洁的优点之外，还解决了一个宏元无法彻底解决的问题，宏元需要预先定义一些参数的宏，这些宏定义是有限的，如果参数超出定义的上限就会编译报错，而这个变参版本完全不用担心这个问题，支持任意个参数。

update

#include <array>
#include <string>
#include <tuple>
template<size_t N>
std::array<std::string, N> split(const std::string& s, const char delimiter)
{
    size_t start = 0;
    size_t end = s.find_first_of(delimiter);

    std::array<std::string, N> output;

    size_t i = 0;
    while (end <= std::string::npos)
    {
        output[i++] = std::move(s.substr(start, end - start));
        if (end == std::string::npos)
            break;

        start = end + 2;
        end = s.find_first_of(delimiter, start);
    }

    return output;
}

template<size_t N, typename T>
static inline auto make(const std::array<std::string, N>&ar, size_t index, const T& args)
{
    return args;
}

template<size_t N, typename T, typename T1, typename... Args>
static inline auto make(const std::array<std::string, N>&ar, size_t index, T const & t, T1& first, Args&... args)
{
    return make(ar, index + 1, std::tuple_cat(t, std::make_tuple(std::pair<std::string, T1&>(ar[index], first))), args...);
}

#define VA_ARGS_NUM(...) std::tuple_size<decltype(std::make_tuple(__VA_ARGS__))>::value

#define META(...) auto meta(){
    auto ar = split<VA_ARGS_NUM(__VA_ARGS__)>(#__VA_ARGS__, ',');
    return make(ar, 0, std::tuple<>(), __VA_ARGS__);
}

后记

这件事给了我一个启示，如果我们一直按照前人的路去走，就很难超越前人，如果我们运用新的技术，改变思路，常常会化繁为简，化腐朽为神奇。只有通过新技术、新思维去创造、创新才能超越前人。