使用模板的 C++ 静态分派(dispatch)

Question

假设我有一些如下所示的 C++ 代码:

class Base {
    virtual void dummy() = 0;
    // this is to generate a vtable, but note there is no virtual f()
};

class A : public Base {
public:
    void f() { /* ... */ };
    void dummy() {};
}

class B : public Base {
public:
    void f() { /* different implementation from A */ };
    void dummy() {};
}

template<class T1, class T2, class T3>
void doStuff(T1 &x, T2 &y, T3 &z) {
    for (i=1; i<100000; ++i) {
        x.f();
        y.f();
        z.f();
    }
}

此处的目的是避免在内循环期间调用 f() 的虚函数，以便允许编译器优化。 (这显然是我实际代码的简化版本。有关我的用例的详细信息，请参阅 more specific question)。

如果 doStuff 的参数类型在运行时是已知的，则此方法工作正常，但如果不是，则失败:

int main() {
    Base *x = new A();
    Base *y = new B();
    Base *z = new A();

    doStuff(*x, *y, *z); 
    // oops - this instantiates to doStuff(Base &, Base &, Base &)
    // and there's no Base::f().
}

为了解决这个问题(如 this answer 所建议的)，我似乎必须明确地构造一个静态调度函数:

void doStuff(Base &x, Base &y, Base &z) {
    A *a_x = dynamic_cast<A*>(&x);
    B *b_x = dynamic_cast<B*>(&x);
    A *a_y = dynamic_cast<A*>(&y);
    B *b_y = dynamic_cast<B*>(&y);
    A *a_z = dynamic_cast<A*>(&z);
    B *b_z = dynamic_cast<B*>(&z);
    if (a_x && a_y && a_z) {
        doStuff(*a_x, &a_y, &a_z);
    } else if (a_x && a_y && b_z) {
        doStuff(*a_x, &a_y, &b_z);
    } 
    // ... and so on for all eight combinations of A and B.
}

但这是一些非常烦人的重复代码，如果我有几个函数与 doStuff 类似，它很快就会变得难以管理，尤其是当其中任何一个有四个或更多参数时。

所以我的问题是，有什么办法可以避免这种重复的代码吗？看起来更巧妙地使用模板应该能够消除它，但我不太明白如何去做。

Answer 1

你的问题的标题:“静态分派(dispatch)” - 不幸的是你的问题需要在运行时找出类型......你想从一些基类指针中识别实际类型。这仅在运行时有效。

使用 dynamic_cast 是一种 hack，使用 dynamic_cast 通常意味着糟糕的 OO 设计。顺便说一句，我敢打赌，使用 dynamic_cast(dynamic_cast 可能会很慢!)然后静态函数调用比简单地制作 f() virtual 并将其放入您的基类并以这种方式调用它。

当然，你的情况有点特殊，你想对所有 8 个情况执行其他操作，但在我看来，这是一项你无法使用 C++ 中的简短代码优雅地解决的肮脏工作。可以打造一种不易出错/易于扩展或性能更好的解决方案，但它们都不会简短和/或优雅。您当前的 doStuff() 实现是一个不太容易出错的“防弹”解决方案，我刚刚想到另一个丑陋的解决方案，即使对于许多派生类和类组合也具有良好的性能(带有自己的 gettype + switch 的自己的类型枚举)但这太丑陋了。

总结一下:这个问题在 C++ 中没有很好的解决方案。当涉及到无法在 C++ 中优雅地解决的问题时，您必须重新考虑您的设计，或者您不得不忍受丑陋的代码:例如，在序列化的情况下，您经常会发现这样丑陋的代码......