第十三號艦隊
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Reflection in C++

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原理

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#include <iostream>
#include <string>
struct Test {
        int index;
        std::string name;
        void printInfo() const {
                std::cout << "index: " << index << ", name: " << name << "\n";
        }
};
int main()
{
        Test test;
        test.index = 1;
        test.name = "test_1";
        test.printInfo();
        auto index_addr = &Test::index;
        auto name_addr = &Test::name;
        auto fun_print_addr = &Test::printInfo;
        test.*index_addr = 2;
        test.*name_addr = "test_2";
        (test.*fun_print_addr)();
        return 0;
};

透過上面的index_addr，name_addr，fun_print_addr等，可以對object進行操作
而反射主要分成兩部分

  • Metadata generation
    和C++ object有關的information就叫做metadata，如上面的例子，這邊的困難點是如何減少工作量
  • Metadata Reflection
    既然有了Metadata，如何跟現實使用上連結起來

雖然目前的官方標準還沒出來，不過現在有兩大流派

手工打造

什麼辦不到的事情，用Marco就好了
以Boost Describe舉例

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struct X
{
    int m1;
    int m2;
};
BOOST_DESCRIBE_STRUCT(X, (), (m1, m2))

其他Macro Based的方案也差不多，就是另外定義一個Macro，自動生成類似上面的Metadata
不過這邊的問題就是

  • 你要同時維護兩份資料的一致性
  • Macro滿天飛
  • 修改困難 (因為都是Marco的黑魔法，要新增功能就得對Marco動刀)

libclang

另外一派就是借助libclang來動手生成，透過Parse C++ AST來生成需要的API
舉例說明

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class MyClass
{
public:
	int field = 0;
	static int static_field;
	void method();
	static void static_method();
};

生成的Metadata可以這麼使用

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reflang::Class<MyClass> metadata;
MyClass c;

// Modify / use c's 'field'.
reflang::Reference ref = metadata.GetField(c, "field");
ref.GetT<int>() = 10;

// Modify / use 'static_field'.
ref = metadata.GetStaticField("static_field")
ref.GetT<int>() = 10;

// Execute 'method()'.
auto methods = metadata.GetMethod("method");
(*methods[0])(c);

// Execute 'static_method()'.
auto methods = metadata.GetStaticMethod("static_method");
(*methods[0])();

這個方案的問題在於

  • 要有libclang才能用
  • 構建的時候會多一個步驟，必須掃描所有的檔案，生成需要的header/sources，修改Makefile/CMakeLists.txt來調整編譯流程

Reflection API in the future

雖然現有的Reflection library多的跟山一樣，不過眾口難調，有些是針對特定用途設計的，無法涵蓋其他方面的使用，有些功能完整，但是難用
於是乎就有人想要對語法方面下手，成為C++ Standard中的一部分

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template <class T>
void print_type() {
    std::cout << "void "
              << get_name_v<reflexpr(print_type<T>)> // guaranteed "print_type"
              << "() [with T = "
              << get_display_name_v<reflexpr(T)> 
              << "]" << std::endl;
}

reflexpr和decltype一樣是type-based，所以可以套用到type based metaprogramming中
不過會不會成為標準是另外一回事了
跟Network Library一樣，成為標準之前先用成熟的方案解決

Reference