c++ - C++17 中的双向静态值映射

Question

我想在 C++17 中有效地双向映射一些不同类型的值(仅对很少的值进行 1:1 映射)。例如，考虑映射枚举值和整数，尽管该问题也适用于其他类型。目前，我正在这样做:

#include <optional>

enum class ExampleEnum { A, B, C, D, E };

class MyMapping {
public:
    std::optional<int> enumToInt(ExampleEnum v) {
        switch(v) {
        case ExampleEnum::A:
            return 1;
        case ExampleEnum::B:
            return 5;
        case ExampleEnum::D:
            return 42;
        }
        return std::nullopt;
    }

    std::optional<ExampleEnum> intToEnum(int v) {
        switch(v) {
        case 1:
            return ExampleEnum::A;
        case 5:
            return ExampleEnum::B;
        case 42:
            return ExampleEnum::D;
        }
        return std::nullopt;
    }
};

这有一个明显的缺点，就是必须将所有内容都写两次，并且忘记更新其中一个函数会导致不一致。有更好的方法吗？

我需要:

• 一致性。映射和反向映射不应该有不同的语义。
• 编译时定义。映射的值是预先知道的，并且在运行时不会改变。
• 运行时查找。将查找哪些值在编译时是未知的，甚至可能根本不包含映射(而是返回一个空的可选值)。

我想要:

• 无需额外的内存分配
• 与双开关方法性能基本相同
• 使映射定义易于扩展的实现(即将来添加更多值或将其应用于其他类型)

Answer 1

我尝试过非常幼稚且简单的实现。 https://godbolt.org/z/MtcHw8

#include <optional>
enum class ExampleEnum { A, B, C, D, E };


template<typename Enum, int N>
struct Mapping
{
    Enum keys[N];
    int values[N];

    constexpr std::optional<Enum> at(int x) const noexcept
    {
        for(int i = 0; i < N; i++)
            if(values[i] == x) return keys[i];
        return std::nullopt;
    }

    constexpr std::optional<int> at(Enum x) const noexcept
    {
        for(int i = 0; i < N; i++)
            if(keys[i] == x) return values[i];
        return std::nullopt;
    }
};

constexpr Mapping<ExampleEnum, 3> mapping{{ExampleEnum::A, ExampleEnum::B, ExampleEnum::D},
                                         {111, 222, 333}};

int main()
{
    int x = rand(); // Force runtime implementation
    auto optEnum = mapping.at(x);
    if(optEnum.has_value())
        return *mapping.at(ExampleEnum::B); // Returns 222, (asm line 3) constexpr works

    auto y = (ExampleEnum)rand(); // Force runtime implementation
    auto optInt = mapping.at(y);
    if(optInt.has_value())
        return (int)*mapping.at(333); // Returns 3, constexpr works

    return 0;
}

它利用循环展开来实现 int -> ExampleEnum 中的 switch 方法性能映射。

组装ExampleEnum -> int映射相当模糊，因为优化器利用了枚举值是排序的这一事实，并且更喜欢跳转表而不是 if-else实现。

反正接口(interface)不需要重复，直接创建 constexpr具有两个数组的对象被输入到构造中。相同类型可以有多个映射。另外，enum类型已模板化。

此外，它可以轻松扩展以支持两个 enum class而不是仅 enum -int .

我还使用原始开关实现创建了片段以进行程序集比较: https://godbolt.org/z/CbEcnZ

PS。我相信语法constexpr Mapping<ExampleEnum, 3> mapping可以通过适当的模板推导指南进行简化，但我还没有找到如何做到这一点。

PPS。我和N一起去了直到 15，循环展开仍然开启:https://godbolt.org/z/-Cpmgm