到现在为止，C++ 仍然是计算机编程领域的经典语言之一，C++ 17 标准在上半年已经探讨确定。本期我们汇集了编程专家——祁宇(《深入应用 C++ 11》作者，C++ 开源社区 创始人)的多年心得小结，并具体介绍了 C++ 17 最新标准中值得开发者关注的新特点和基本用法。
文/祁宇
本文将借助分析 magic _ get 源码来介绍 magic _ get 实现的关键科技，深入剖析实现 pod 类型反射的机理。
反射是一种根据元数据来获得类外部信息的模式，通过元数据就可以获得对象的字段和技巧等信息。C# 和 Java 的反射模式都是通过获得对象的元数据来推动的。反射可以用于依赖注入、ORM 对象-实体映射、序列化和反序列化等与对象原本信息密切相关的领域。比如 Java 的 Spring 框架，其依赖注入的基础是构建在反射的基础之上的，可以按照元数据获取类型的信息并动态建立对象。ORM 对象-实体之间的映射也是借助反射实现的。Java 和 C# 都是基于前面运行时的语言，中间运行时提供了反射模式，所以反射针对运行时语言来说很容易，但是针对没有中间运行时的语言，要想实现反射是很困难的。
在的 CppCon 技术大会上，Antony Polukhin 做了一个关于 C++ 反射的发言vc6.0怎么写c语言，他强调了一个实现反射的新思路，即无需使用宏、标记和额外的软件就能推动反射。看起来似乎是一件不也许完成的任务，因为 C++ 是没有反射模式的，无法直接获得对象的元信息。但是 Antony Polukhin 发现对 pod 类型使用 Modern C++ 的模板元方法可以实现这种的编译期反射。他开源了一个 pod 类型的编译期反射库 magic _ get()，这个库也打算开启 boost。我们来看看 magic _ get 的使用示例。
#include struct foo { int some_integer; char c;};foo f {777, '!'};auto& r1 = boost::pfr::flat_get<0>(f); //通过索引来访问对象foo的第1个字段auto& r2 = boost::pfr::flat_get<1>(f); //通过索引来访问对象foo的第2个字段
通过这个例子可以发现，magic _ get 确实实现了非侵入式访问 foo 对象的数组，不需要写任何宏、额外的代码或者专门的软件，直接在编译期就可以访问 pod 对象的数组，没有运行期负担，确实有点 magic。
本文将借助分析 magic _ get 源码来介绍 magic _ get 实现的关键科技，深入剖析实现 pod 类型反射的机理。
实现 pod 类型反射的模式是这么的：先将 pod 类型转化为对应的 tuple 类型，接下来将 pod 类型的值赋给 tuple，然后就可以通过索引去访问 tuple 中的元素了。所以推动 pod 反射的关键就是如何将 pod 类型转化为对应的 tuple 类型和 pod 值数组给 tuple。
pod 类型对应的 tuple 类型是什么样的呢？以下面的 foo 为例，foo 对应的 tuple 应该是 tuple，即 tuple 中的元素种类和排序和 pod 类型中的数组完全一一对应。
根据结构体生成一个 tuple 的基本模式是，按次序将结构体中每个数组的类别萃取出来并储存起来，后面再取下来生成对应的 tuple 类型。然而字段的类别是不同的，C++ 也没有一个能直接保存不同类型的容器vc6.0怎么写c语言，因此必须一个变通的方式，用一个间接的方式来储存萃取出来的字段类别，即将类型转化为一个 size _ t 类型的 id，将这个 id 保存到一个 array 中，后面根据这个 id 来获得实际的 type 并生成对应的 tuple 类型。
这里应该解决的一个问题是怎样推动类型和 id 的互相转换。
先通过一个空的模板类用来存放实际的类别，再通过 C++ 14 的 constexpr 特性，在编译期返回某个类别对应的编译期 id，就可以实现 type 转换为 id 了。具体代码如下：
https://ipad-/cms/article/code/3445
上面的代码在编译期将类别 int 和 char 做了一个编码，将类别转换为一个具体的编译期常量，后面就可以按照这种编译期常量来获得对应的详细类型。
编译期根据 id 获取 type 的代码如下：
constexpr auto id_to_type( std::integral_constant<:size_t> ) noexcept { int res{}; return res; }constexpr auto id_to_type( std::integral_constant<:size_t> ) noexcept { char res{}; return res; }
上面的代码中 id _ to _ type 返回的是 id 对应的类别的示例，如果要获得 id 对应的类别还必须借助 decltype 推导出来。magic _ get 通过一个宏将 pod 基本类别都做了一个编码，以推动 type 和 id 在编译期的互相转换。
#define REGISTER_TYPE(Type, Index) \ constexpr std::size_t type_to_id(identity) noexcept { return Index; } \ constexpr auto id_to_type( std::integral_constant<:size_t index=""> ) noexcept { Type res{}; return res; } \// Register all base types here REGISTER_TYPE(unsigned short , 1) REGISTER_TYPE(unsigned int , 2) REGISTER_TYPE(unsigned long long , 3) REGISTER_TYPE(signed char , 4) REGISTER_TYPE(short , 5) REGISTER_TYPE(int , 6) REGISTER_TYPE(long long , 7) REGISTER_TYPE(unsigned char , 8) REGISTER_TYPE(char , 9) REGISTER_TYPE(wchar_t , 10) REGISTER_TYPE(long , 11) REGISTER_TYPE(unsigned long , 12) REGISTER_TYPE(void* , 13) REGISTER_TYPE(const void* , 14) REGISTER_TYPE(char16_t , 15) REGISTER_TYPE(char32_t , 16) REGISTER_TYPE(float , 17) REGISTER_TYPE(double , 18) REGISTER_TYPE(long double , 19)
将类别编码以后，保存在那里或者怎么取下来是接着要缓解的难题。magic _ get 通过定义一个 array 来保存结构体字段类别 id。
template struct array { typedef T type; T data[N]; static constexpr std::size_t size() noexcept { return N; } };
array 中的定长数组 data 中保存数组类型对应的 id，数组下标就是字段在结构体中的位置索引。
前面介绍了怎样实现字段类别的保存和获得，那么这个字段类别是怎样从 pod 结构体中萃取出来的呢？具体的做法分为三步：
下面是详细实现代码：
template constexpr auto fields_count_and_type_ids_with_zeros() noexcept { static_assert(std::is_trivial::value, "Not applyable"); array<:size_t sizeof> types{}; detect_fields_count_and_type_ids(types.data, std::make_index_sequence{}); return types;}template constexpr auto array_of_type_ids() noexcept { constexpr auto types = fields_count_and_type_ids_with_zeros(); constexpr std::size_t count = count_nonzeros(types); array<:size_t count=""> res{}; for (std::size_t i = 0; i < count; ++i) { res.data[i] = types.data[i]; } return res; }
定义 array 时必须定义一个固定的变量长度，长度为多少适合呢？应按结构体最多的字段数来确认。因为结构体的数组数最多为 sizeof(T)，所以 array 的长度设置为 sizeof(T)。array 中的元素全部初始化为0。一般情况下，结构体字段数通常不会超过 array 的厚度，那么 array 中就经常出现多余的元素，所以还必须将 array 中多余的数组移除，只储存有效的泛型类别 id。具体的做法是计算出 array 中非零的元素有多少，接着再把非零的元素赋给一个新的 array。下面是推导 array 非零元素个数，同样是通过 constexpr 实现编译期计算。
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