c++ 完备的运行时类型信息(动态类型信息)分享

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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、const char*、……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<int>、list<vector<vector<int>>>。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。

  struct TypeInfo   {   public:    template<typename Args>    void ConstructObject(void* obj, MemoryAllocator* alloc, Args&& args)const;    bool IsDerviedOf(const TypeInfo* base)const;     public:    virtual TIType GetTIType()const = 0;    virtual const InterfaceMap* GetInterfaces()const;    virtual jushort GetMemorySize()const;    virtual ConstText GetName() const;    virtual AString GetFullName()const;    virtual jushort GetAlignSize() const;    virtual ConstText GetSpaceName()const;    virtual const TypeInfo* GetBaseTypeTI()const;    virtual const TypeInfo* GetPointeedTI()const;    virtual size_t GetHashCode(const void* obj)const;    virtual bool IsValueType()const { return true; }    virtual bool IsClass()const { return true; }      virtual bool DoInitAllocator(void* obj, MemoryAllocator* memAlloc)const;    virtual bool NeedDestruct()const { return false; }    virtual void DoDefaultConstruct(void* obj)const;    virtual bool CanDefaultConstruct()const { return true; }    virtual void DoAssign(void* dest, const void* src)const;    virtual bool Equals(const void* objA, const void* objB)const;    virtual void DoDestruct(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<type>();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const TypeInfo*。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<int>() == TypeOf<int>();
TypeOf<int>() == TypeOf(n); //n为整型
TypeOf<vector<int>>() == TypeOf(nums);//nums的类型为vector<int>
Object* a = new ObjectA; TypeOf(a) == TypeOf<ObjectA>();
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。

  template<typename Ty> struct TypeInfoImp   {    typedef Ty type;    static const bool value = THasGetTypeInfoMethod<Ty>::value;   };     template<typename Ty>   struct TypeInfoImp<const Ty> : public TypeInfoImp<Ty>   {    typedef typename TypeInfoImp<Ty>::type type;    static const bool value = TypeInfoImp<Ty>::value;   };      template<typename Ty>   const TypeInfo* TypeOf()   {    typedef typename TypeInfoImp<Ty>::type TypeInfoProvider;    return TypeInfoProvider::GetTypeInfo();   }      template<typename Ty>   const TypeInfo* TypeOf(const Ty& obj)   {    typedef typename IsRttiType<Ty>::type is_rtti; //又是间接层,对动态类型和非动态类型分别处理    return ImpTypeOf(obj, is_rtti());   }      template<>   struct TypeInfoImp < bool >   {    static const bool value = true;    typedef TypeInfoImp<bool> type;    static TypeInfo* GetTypeInfo();   };       TypeInfo* TypeInfoImp<bool>::GetTypeInfo()   {    static TypeInfo* ti = CreateNativeTypeInfo<bool>("bool");    return ti;   }

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