C++ et son système de types: Comment traiter des données avec plusieurs types?

Question

"Introduction"

Je suis relativement nouveau en C++. Je suis allé à travers toutes les choses de base et a réussi à construire 2-3 interprètes simples pour mes langages de programmation.

La première chose qui a donné et me donne encore un mal de tête: La mise en œuvre du système de type de ma langue en C++

Pensez que: Ruby, Python, PHP et Co. ont beaucoup de haut- types qui sont évidemment mis en œuvre en C. Donc, ce que j'ai d'abord essayé était de permettre de donner une valeur dans ma langue trois types possibles: Int, String et Nil.

je suis venu avec ceci:

enum ValueType 
{ 
    Int, String, Nil 
}; 

class Value 
{ 
public: 
    ValueType type; 
    int intVal; 
    string stringVal; 
}; 

Ouais, wow, je sais. Il était extrêmement lent de passer cette classe car l'allocateur de chaîne devait être appelé tout le temps.

prochaine fois que je l'ai essayé quelque chose de similaire à ceci:

enum ValueType 
{ 
    Int, String, Nil 
}; 

extern string stringTable[255]; 
class Value 
{ 
public: 
    ValueType type; 
    int index; 
}; 

Je stockerait toutes les chaînes stringTable et écrire leur position à index. Si le type de Value était Int, je viens de stocker l'entier dans index, cela n'aurait aucun sens d'utiliser un index int pour accéder à un autre int, ou?

De toute façon, ce qui précède m'a aussi donné mal à la tête. Après un certain temps, en accédant à la chaîne de la table ici, le référencer là et la copier là-bas a grandi au-dessus de ma tête - j'ai perdu le contrôle. Je devais mettre le projet d'interprète vers le bas.

Maintenant: D'accord, donc C et C++ sont typés statiquement.

• Comment les principales implémentations des langues mentionnées ci-dessus traitent les différents types dans leurs programmes (Fixnum, bignums, Nums, chaînes, de tableaux, ressources, ...)?

• Que dois-je faire pour obtenir la vitesse maximale avec de nombreux types disponibles?

• Comment les solutions se comparent-elles à mes versions simplifiées ci-dessus?

Answer 1

Il y a plusieurs choses que vous pouvez faire ici. Différentes solutions ont vu le jour, et la plupart nécessitent une allocation dynamique de la donnée réelle (boost :: variant peut éviter d'utiliser de la mémoire allouée dynamiquement pour les petits objets - merci @MSalters).

approche Pure C:

informations de type de magasin et un pointeur vide à la mémoire qui doit être interprété selon les informations de type (généralement un ENUM):

enum type_t { 
    integer, 
    string, 
    null 
}; 
typedef struct variable { 
    type_t type; 
    void * datum; 
} variable_t; 
void init_int_variable(variable_t * var, int value) 
{ 
    var->type = integer; 
   var->datum = malloc(sizeof(int)); 
    *((int)var->datum) = value; 
} 
void fini_variable(variable_t var) // optionally by pointer 
{ 
    free(var.datum); 
} 

En C++, vous pouvez améliorer cette approche en utilisant des classes pour simplifier l'utilisation, mais plus important encore, vous pouvez opter pour des solutions plus complexes et utiliser des bibliothèques existantes comme boost :: any ou boost :: variant qui offrent des solutions différentes au même problème. Les deux types boost :: any et boost :: stockent les valeurs dans la mémoire allouée dynamiquement, généralement via un pointeur vers une classe virtuelle dans une hiérarchie, et avec des opérateurs qui réinterprètent (downmaps) les types concrets.

Answer 2

En ce qui concerne la vitesse, vous dites:

Il était extrêmement lent à passer cette classe autour de la chaîne allocateur devait appeler tout le temps.

Vous savez que vous devriez passer des objets par référence la grande majorité du temps? Votre solution semble réalisable pour un interprète simple.

Answer 3

Une solution évidente est de définir une hiérarchie de type:

class Type 
{ 
}; 

class Int : public Type 
{ 
}; 

class String : public Type 
{ 
}; 

et ainsi de suite.En tant qu'exemple complet, écrivons un interprète pour une langue minuscule. La langue permet la déclaration des variables comme ceci:

var a 10 

Cela va créer un objet Int, lui attribuer la valeur 10 et le stocker sous le nom a dans la table d'une variable. Les opérations peuvent être appelées sur des variables. Par exemple, l'opération d'addition sur deux valeurs Int ressemble à:

+ a b 

Voici le code complet de l'interprète:

#include <iostream> 
#include <string> 
#include <vector> 
#include <sstream> 
#include <cstdlib> 
#include <map> 

// The base Type object from which all data types are derived. 
class Type 
{ 
public: 
    typedef std::vector<Type*> TypeVector; 
    virtual ~Type() { } 

    // Some functions that you may want all types of objects to support: 

    // Returns the string representation of the object. 
    virtual const std::string toString() const = 0; 
    // Returns true if other_obj is the same as this. 
    virtual bool equals (const Type &other_obj) = 0; 
    // Invokes an operation on this object with the objects in args 
    // as arguments. 
    virtual Type* invoke (const std::string &opr, const TypeVector &args) = 0; 
}; 

// An implementation of Type to represent an integer. The C++ int is 
// used to actually store the value. As a consequence this type is 
// machine dependent, which might not be what you want for a real 
// high-level language. 
class Int : public Type 
{ 
public: 
    Int() : value_ (0), ret_ (NULL) { } 
    Int (int v) : value_ (v), ret_ (NULL) { } 
    Int (const std::string &v) : value_ (atoi (v.c_str())), ret_ (NULL) { } 
    virtual ~Int() 
    { 
    delete ret_; 
    } 
    virtual const std::string toString() const 
    { 
    std::ostringstream out; 
    out << value_; 
    return out.str(); 
    } 
    virtual bool equals (const Type &other_obj) 
    {  
    if (&other_obj == this) 
     return true; 
    try 
     { 
     const Int &i = dynamic_cast<const Int&> (other_obj); 
     return value_ == i.value_; 
     } 
    catch (std::bad_cast ex) 
     { 
     return false; 
     } 
    } 
    // As of now, Int supports only addition, represented by '+'. 
    virtual Type* invoke (const std::string &opr, const TypeVector &args)  
    { 
    if (opr == "+") 
     { 
     return add (args); 
     } 
    return NULL; 
    } 
private: 
    Type* add (const TypeVector &args) 
    { 
    if (ret_ == NULL) ret_ = new Int; 
    Int *i = dynamic_cast<Int*> (ret_); 
    Int *arg = dynamic_cast<Int*> (args[0]); 
    i->value_ = value_ + arg->value_; 
    return ret_; 
    } 
    int value_; 
    Type *ret_; 
}; 

// We use std::map as a symbol (or variable) table. 
typedef std::map<std::string, Type*> VarsTable; 
typedef std::vector<std::string> Tokens; 

// A simple tokenizer for our language. Takes a line and 
// tokenizes it based on whitespaces. 
static void 
tokenize (const std::string &line, Tokens &tokens) 
{ 
    std::istringstream in (line, std::istringstream::in); 
    while (!in.eof()) 
    { 
     std::string token; 
     in >> token; 
     tokens.push_back (token); 
    } 
} 

// Maps varName to an Int object in the symbol table. To support 
// other Types, we need a more complex interpreter that actually infers 
// the type of object by looking at the format of value. 
static void 
setVar (const std::string &varName, const std::string &value, 
     VarsTable &vars) 
{ 
    Type *t = new Int (value); 
    vars[varName] = t; 
} 

// Returns a previously mapped value from the symbol table. 
static Type * 
getVar (const std::string &varName, const VarsTable &vars) 
{ 
    VarsTable::const_iterator iter = vars.find (varName); 
    if (iter == vars.end()) 
    { 
     std::cout << "Variable " << varName 
       << " not found." << std::endl; 
     return NULL; 
    } 
    return const_cast<Type*> (iter->second); 
} 

// Invokes opr on the object mapped to the name var01. 
// opr should represent a binary operation. var02 will 
// be pushed to the args vector. The string represenation of 
// the result is printed to the console. 
static void 
invoke (const std::string &opr, const std::string &var01, 
     const std::string &var02, const VarsTable &vars) 
{ 
    Type::TypeVector args; 
    Type *arg01 = getVar (var01, vars); 
    if (arg01 == NULL) return; 
    Type *arg02 = getVar (var02, vars); 
    if (arg02 == NULL) return; 
    args.push_back (arg02); 
    Type *ret = NULL; 
    if ((ret = arg01->invoke (opr, args)) != NULL) 
    std::cout << "=> " << ret->toString() << std::endl; 
    else 
    std::cout << "Failed to invoke " << opr << " on " 
       << var01 << std::endl; 
} 

// A simple REPL for our language. Type 'quit' to exit 
// the loop. 
int 
main (int argc, char **argv) 
{ 
    VarsTable vars; 
    std::string line; 
    while (std::getline (std::cin, line)) 
    { 
     if (line == "quit") 
     break; 
     else 
     { 
      Tokens tokens; 
      tokenize (line, tokens); 
      if (tokens.size() != 3) 
      { 
       std::cout << "Invalid expression." << std::endl; 
       continue; 
      } 
      if (tokens[0] == "var") 
      setVar (tokens[1], tokens[2], vars); 
      else 
      invoke (tokens[0], tokens[1], tokens[2], vars); 
     } 
    } 
    return 0; 
} 

Une interaction de l'échantillon avec l'interprète:

/home/me $ ./mylang 

var a 10 
var b 20 
+ a b 
30 
+ a c 
Variable c not found. 
quit 

Answer 4

C++ est une langue fortement typée. Je peux voir que vous venez d'une langue non typée et pensez toujours en ces termes.

Si vous vraiment besoin de stocker plusieurs types dans une variable, alors jetez un oeil à boost::any. Toutefois, si vous implémentez un interpréteur, vous devez utiliser l'héritage et les classes qui représentent un type spécifique.

Answer 5

Selon la solution de Vijay la mise en œuvre sera:

Type* array; 
// to initialize the array 
array = new Type(size_of_array); 
// when you want to add values 
array[0] = new Int(42); 
// to add another string value 
array[1] = new String("fourty two"); 

Le bit manquant de son code est comment extraire ces valeurs ... Voici ma version (en fait je l'ai appris de Ogre et modifié à mon aimer).

L'utilisation est quelque chose comme:

Any array[4]; 
// Automatically understands it's an integer 
array[0] = Any(1); 
// But let's say you want the number to be thought of as float 
array[1] = Any<float>(2); 
// What about string? 
array[2] = Any<std::string>("fourty two"); 
// Note that this gets the compiler thinking it's a char* 
// instead of std::string 
array[3] = Any("Sometimes it just turns out to be what you don't want!"); 

Ok, maintenant pour voir si un élément particulier est une chaîne:

if(array[2].isType<std::string>() 
{ 
    // Extract the string value. 
    std::string val = array[2].cast<std::string>(); 
    // Make the string do your bidding!!!... /evilgrin 
    // WAIT! But what if you want to directly manipulate 
    // the value in the array? 
    std::string& val1 = array[2].cast<std::string>(); 
    // HOHOHO... now any changes to val1 affects the value 
    // in the array ;) 
} 

Le code de la classe est donnée Toute ci-dessous. N'hésitez pas à l'utiliser comme vous l'aimez :). J'espère que cela t'aides!

Dans le fichier d'en-tête ... dire Any.h

#include <typeinfo> 
    #include <exception> 

    /* 
    * \class Any 
    * \brief A variant type to hold any type of value. 
    * \detail This class can be used to store values whose types are not 
    *  known before hand, like to store user-data. 
    */ 
    class Any 
    { 
    public: 
     /*! 
     * \brief Default constructor. 
     */ 

    Any(void); 

    /*! 
    * \brief Constructor that accepts a default user-defined value. 
    * \detail This constructor copies that user-defined value into a 
    *  place holder. This constructor is explicit to avoid the compiler 
    *  to call this constructor implicitly when the user didn't want 
    *  the conversion to happen. 
    * \param val const reference to the value to be stored. 
    */ 
    template <typename ValueType> 
    explicit Any(const ValueType& val); 

    /*! 
    * \brief Copy constructor. 
    * \param other The \c Any variable to be copied into this. 
    */ 
    Any(const Any& other); 

    /*! 
    * \brief Destructor, does nothing other than destroying the place holder. 
    */ 
    ~Any(void); 

    /*! 
    * \brief Gets the type of the value stored by this class. 
    * \detail This function uses typeid operator to determine the type 
    *  of the value it stores. 
    * \remarks If the place holder is empty it will return Touchscape::VOID_TYPE. 
    *  It is wise to check if this is empty by using the function Any::isEmpty(). 
    */ 
    const std::type_info& getType() const; 

    /*! 
    * \brief Function to verify type of the stored value. 
    * \detail This function can be used to verify the type of the stored value. 
    * Usage: 
    * \code 
    * int i; 
    * Touchscape::Any int_any(i); 
    * // Later in your code... 
    * if (int_any.isType<int>()) 
    * { 
    *  // Do something with int_any. 
    * } 
    * \endcode 
    * \return \c true if the type matches, false otherwise. 
    */ 
    template <typename T> 
    bool isType() const; 

    /*! 
    * \brief Checks if the type stored can be converted 'dynamically' 
    *  to the requested type. 
    * \detail This would useful when the type stored is a base class 
    *  and you would like to verify if it can be converted to type 
    *  the user wants. 
    * Example: 
    * \code 
    * class Base 
    * { 
    *  // class implementation. 
    * }; 
    * class Derived : public Base 
    * { 
    *  // class implementation. 
    * }; 
    * 
    * // In your implementation function. 
    * { 
    *  //... 
    *  // Somewhere in your code. 
    *  Base* a = new Derived(); 
    *  Touchscape::Any user_data(a); 
    *  my_object.setUserData(user_data); 
    *  // Then when you need to know the user-data type 
    *  if(my_object.getUserData().isDynamicType<Derived>()) 
    *  { 
    *   // Do something with the user data 
    *  } 
    * } 
    * \endcode 
    * \return \c true if the value stored can be dynamically casted to the target type. 
    * \deprecated This function will be removed and/or changed in the future. 
    */ 
    template <typename T> 
    bool isDynamicType() const; 

    /*! 
    * \brief Convert the value stored to the required type. 
    * \detail This function is used just like a static-cast to retrieve 
    *  the stored value. 
    * \return A reference to the stored value. 
    * \warning This function will throw std::bad_cast exception if it 
    *  finds the target type to be incorrect. 
    */ 
    template <typename T> 
    T& cast(); 

    /*! 
    * \brief Convert the value stored to the required type (const version). 
    * \detail This function is used just like static_cast to retrieve 
    *  the stored value. 
    * \return A \c const reference to the stored value. 
    * \warning This function will throw std::bad_cast exception if it 
    *  finds the target type to be incorrect. 
    */ 
    template <typename T> 
    const T& cast() const; 

    /*! 
    * \brief Dynamically converts the stored value to the target type 
    * \detail This function is just like dynamic_cast to retrieve 
    *  the stored value to the target type. 
    * \return A reference to the stored value. 
    * \warning This function will throw std::bad_cast exception if it 
    *  finds that the value cannot be dynamically converted to the target type. 
    * \deprecated This function will be removed and/or changed in the future. 
    */ 
    template <typename T> 
    T& dynamicCast(); 

    /*! 
    * \brief Dynamically converts the stored value to the target type (const version) 
    * \detail This function is just like dynamic_cast to retrieve 
    *  the stored value to the target type. 
    * \return A const reference to the stored value. 
    * \warning This function will throw std::bad_cast exception if it 
    *  finds that the value cannot be dynamically converted to the target type. 
    * \deprecated This function will be removed and/or changed in the future. 
    */ 
    template <typename T> 
    const T& dynamicCast() const; 

    /*! 
    * \brief Swaps the contents with another \c Any variable. 
    * \return reference to this instance. 
    */ 
    Any& swap(Any& other); 

    /*! 
    * \brief Checks if the place holder is empty. 
    * \return \c true if the the place holder is empty, \c false otherwise. 
    */ 
    bool isEmpty() const; 

    /*! 
    * \brief Checks if the place holder is \b not empty. 
    * \return \c true if the the place holder is not empty, \c false otherwise. 
    * \remarks This is just a lazy programmer's attempt to make the code look elegant. 
    */ 
    bool isNotEmpty() const; 

    /*! 
    * \brief Assignment operator 
    * \detail Assigns a 'raw' value to this instance. 
    * \return Reference to this instance after assignment. 
    */ 
    template <typename ValueType> 
    Any& operator = (const ValueType& rhs); 

    /*! 
    * \brief Default assignment operator 
    * \detail Assigns another \c Any type to this one. 
    * \return Reference to this instance after assignment. 
    */ 
    Any& operator = (const Any& rhs); 

    /*! 
    * \brief Boolean equality operator 
    */ 
    bool operator == (const Any& other) const; 

    /*! 
    * \brief Boolean equality operator that accepts a 'raw' type. 
    */ 
    template<typename ValueType> 
    bool operator == (const ValueType& other) const; 

    /*! 
    * \brief Boolean inequality operator 
    */ 
    bool operator != (const Any& other) const; 

    /*! 
    * \brief Boolean inequality operator that accepts a 'raw' type. 
    */ 


     template<typename ValueType> 
     bool operator != (const ValueType& other) const; 
    protected: 
     /*! 
     * \class PlaceHolder 
     * \brief The place holder base class 
     * \detail The base class for the actual 'type'd class that stores 
     *  the value for T 

ouchscape::Any. 
    */ 
    class PlaceHolder 
    { 
    public: 

     /*! 
     * \brief Virtual destructor. 
     */ 
     virtual ~PlaceHolder(){} 

     /*! 
     * \brief Gets the \c type_info of the value stored. 
     * \return (const std::type_info&) The typeid of the value stored. 
     */ 
     virtual const std::type_info& getType() const = 0; 
     /*! 
     * \brief Clones this instance. 
     * \return (PlaceHolder*) Cloned instance. 
     */ 
     virtual PlaceHolder* clone() const = 0; 
    }; 

    /*! 
    * \class PlaceHolderImpl 
    * \brief The class that ultimately keeps hold of the value stored 
    *  in Touchscape::Any. 
    */ 
    template <typename ValueType> 
    class PlaceHolderImpl : public PlaceHolder 
    { 
    public: 
     /*! 
     * \brief The only constructor allowed. 
     * \param val The value to store. 
     */ 
     PlaceHolderImpl(const ValueType& val) 
      :m_value(val){} 
     /*! 
     * \brief The destructor. 
     * \detail Does nothing 
     */ 
     ~PlaceHolderImpl(){} 

     /*! 
     * \copydoc Touchscape::PlaceHolder::getType() 
     */ 
     const std::type_info& getType() const 
     { 
      return typeid(ValueType); 
     } 

     /*! 
     * \copydoc Touchscape::PlaceHolder::clone() 
     */ 
     PlaceHolder* clone() const 
     { 
      return new PlaceHolderImpl<ValueType>(m_value); 
     } 

     ValueType m_value; 
    }; 

    PlaceHolder* m_content; 
}; 

/************************************************************************/ 
/* Template code implementation section         */ 
/************************************************************************/ 
template <typename ValueType> 
Any::Any(const ValueType& val) 
    :m_content(new PlaceHolderImpl<ValueType>(val)) 
{ 
} 
//--------------------------------------------------------------------- 
template <typename T> 
bool Any::isType() const 
{ 
    bool result = m_content?m_content->getType() == typeid(T):false; 
    return result; 
} 
//--------------------------------------------------------------------- 
template <typename T> 
bool Any::isDynamicType() const 
{ 
    bool result = m_content 
     ?dynamic_cast<T>(static_cast<PlaceHolderImpl<T>*>(m_content)->m_value)!=NULL 
     :false; 
    return result; 
} 
//--------------------------------------------------------------------- 
template <typename T> 
T& Any::cast() 
{ 
    if (getType() != VOID_TYPE && isType<T>()) 
    { 
     T& result = static_cast<PlaceHolderImpl<T>*>(m_content)->m_value; 
     return result; 
    } 
    StringStream ss; 
    ss<<"Cannot convert '"<<getType().name()<<"' to '"<<typeid(T).name()<<"'. Did you mean to use dynamicCast() to cast to a different type?"; 
    throw std::bad_cast(ss.str().c_str()); 
} 
//--------------------------------------------------------------------- 
template <typename T> 
const T& Any::cast() const 
{ 
    Any& _this = const_cast<Any&>(*this); 
    return _this.cast<T>(); 
} 
//--------------------------------------------------------------------- 
template <typename T> 
T& Any::dynamicCast() 
{ 
    T* result = dynamic_cast<T>(static_cast<PlaceHolderImpl<T>*>(m_content)->m_value); 
    if (result == NULL) 
    { 
     StringStream ss; 
     ss<<"Cannot convert '"<<getType().name()<<"' to '"<<typeid(T)<<"'."; 
     throw std::bad_cast(ss.str().c_str()); 
    } 
    return *result; 
} 
//--------------------------------------------------------------------- 
template <typename T> 
const T& Any::dynamicCast() const 
{ 
    Any& _this = const_cast<Any&>(*this); 
    return _this.dynamicCast<T>(); 
} 
//--------------------------------------------------------------------- 
template <typename ValueType> 
Any& Any::operator = (const ValueType& rhs) 
{ 
    Any(rhs).swap(*this); 
    return *this; 
} 
//--------------------------------------------------------------------- 
template <typename ValueType> 
bool Any::operator == (const ValueType& rhs) const 
{ 
    bool result = m_content == rhs; 
    return result; 
} 
//--------------------------------------------------------------------- 
template <typename ValueType> 
bool Any::operator != (const ValueType& rhs) const 
{ 
    bool result = m_content != rhs; 
    return result; 
} 

maintenant dans le fichier RPC ... Any.cpp

#include "Any.h" 

static const std::type_info& VOID_TYPE(typeid(void)); 

Any::Any(void) 
    :m_content(NULL) 
{ 
} 
//--------------------------------------------------------------------- 
Any::Any(const Any& other) 
    :m_content(other.m_content?other.m_content->clone():NULL) 
{ 
} 
//--------------------------------------------------------------------- 
Any::~Any(void) 
{ 
    SafeDelete(m_content); 
} 
//--------------------------------------------------------------------- 
const std::type_info& Any::getType() const 
{ 
    return m_content?m_content->getType():VOID_TYPE; 
} 
//--------------------------------------------------------------------- 
Any& Any::swap(Any& other) 
{ 
    std::swap(m_content, other.m_content); 
    return *this; 
} 
//--------------------------------------------------------------------- 
Any& Any::operator=(const Any& rhs) 
{ 
    Any(rhs).swap(*this); 
    return *this; 
} 
//--------------------------------------------------------------------- 
bool Any::isEmpty() const 
{ 
    bool is_empty = m_content == NULL; 
    return is_empty; 
} 
//--------------------------------------------------------------------- 
bool Any::isNotEmpty() const 
{ 
    bool is_not_empty = m_content != NULL; 
    return is_not_empty; 
} 
//--------------------------------------------------------------------- 
bool Any::operator==(const Any& other) const 
{ 
    bool result = m_content == other.m_content; 
    return result; 
} 
//--------------------------------------------------------------------- 
bool Any::operator!=(const Any& other) const 
{ 
    bool result = m_content != other.m_content; 
    return result; 
}