我想要一个 C++03 中的解决方案,它允许我选择一种能够容纳最大为
N
的整数,同时保持尽可能最小的类型。
基本上我只需要调用这样的元函数即可:
meta::tight_int<UpToN>::type n(0); // UpToN a size_t from a template. or static const
用于变量声明。 使用
boost::mpl
还可以,因为我理解它,但是我的项目中没有它,所以我必须将您的意图转换为我自己的元库。
如果您对签名/未签名有疑问,请仅考虑未签名。
一些不变量:
static_assert(meta::is_same<meta::tight_int<255>::type, uint8_t>::value, "")
static_assert(meta::is_same<meta::tight_int<256>::type, uint16_t>::value, "")
static_assert(meta::is_same<meta::tight_int<65536>::type, uint32_t>::value, "")
你明白了:)
你可以尝试这样的事情。 UpToN 类型是这里的模板参数,但您可以将其更改为 size_t。我这样做是因为 unsigned long long 可能大于 size_t。为简单起见,此版本仅生成无符号类型。
此元程序迭代列表无符号整数类型,将 upto_n 转换为候选类型 (Try_t),然后返回到 upto_n 的类型 (Max_t) 并检查其与原始 upto_n 是否相等。
如果强制转换保留了这种相等性并且 Try_t 的大小小于或等于 Best_t 的大小,则继续迭代,并用 Try_t 替换 Best_t。
unsigned char 特化通过候选类型终止迭代。
#include <iostream>
template <typename T> struct next_t {};
template <> struct next_t<unsigned long long> { typedef unsigned long type; };
template <> struct next_t<unsigned long> { typedef unsigned int type; };
template <> struct next_t<unsigned int> { typedef unsigned short type; };
template <> struct next_t<unsigned short> { typedef unsigned char type; };
template <typename Max_t, Max_t upto_n, typename Best_t=Max_t, typename Try_t=unsigned long long, bool try_is_better = (sizeof(Try_t) <= sizeof(Best_t) && upto_n == Max_t(Try_t(upto_n)))>
struct tight_int {
typedef typename tight_int<Max_t, upto_n, Best_t, typename next_t<Try_t>::type>::type type;
};
template <typename Max_t, Max_t upto_n, typename Best_t, typename Try_t>
struct tight_int<Max_t, upto_n, Best_t, Try_t, true> {
typedef typename tight_int<Max_t, upto_n, Try_t, typename next_t<Try_t>::type>::type type;
};
template <typename Max_t, Max_t upto_n, typename Best_t>
struct tight_int<Max_t, upto_n, Best_t, unsigned char, true> {
typedef unsigned char type;
};
template <typename Max_t, Max_t upto_n, typename Best_t>
struct tight_int<Max_t, upto_n, Best_t, unsigned char, false> {
typedef Best_t type;
};
int main() {
typedef tight_int<size_t, 255>::type tight_255_t;
typedef tight_int<size_t, 256>::type tight_256_t;
typedef tight_int<size_t, 65535>::type tight_65535_t;
typedef tight_int<size_t, 65536>::type tight_65536_t;
std::cout << "255 : " << sizeof(tight_255_t) << std::endl;
std::cout << "256 : " << sizeof(tight_256_t) << std::endl;
std::cout << "65535 : " << sizeof(tight_65535_t) << std::endl;
std::cout << "65536 : " << sizeof(tight_65536_t) << std::endl;
}
此代码使用辅助类 next_t 来减少ight_int 的专业化计数。但tight_int 仍然有 4 个特化(如果我们算上默认定义)。
我们可以通过引入一个辅助类来将专业化数量减少一半,该辅助类可以根据 bool 参数 try_is_better 在 Try_t 和 Best_t 类型之间进行选择。结果被传递给下一次迭代的Best_t。此更改将为我们留下最小的专业化计数:默认定义(处理所有非专业化类型)和处理 unsigned char 的迭代终止专业化。不幸的是,这种优化会影响可读性,并且往往会掩盖元程序背后的机制。
对于下面的版本,新的帮助器类 type_sel 取代了ight_int 对 try_is_better true 和 false 的专门化。您可能会注意到模板参数列表语法确实开始失控:
template <typename T> struct next_t {};
template <> struct next_t<unsigned long long> { typedef unsigned long type; };
template <> struct next_t<unsigned long> { typedef unsigned int type; };
template <> struct next_t<unsigned int> { typedef unsigned short type; };
template <> struct next_t<unsigned short> { typedef unsigned char type; };
// helper class type_sel which selects one of two types based on a static bool
template <bool, typename True_t, typename False_t>
struct type_sel { typedef True_t type; };
template <typename True_t, typename False_t>
struct type_sel<false, True_t, False_t> { typedef False_t type; };
// default definition of tight_int, handling all Try_t except unsigned char
template <typename Max_t, Max_t upto_n, typename Best_t = Max_t,
typename Try_t = unsigned long long,
bool try_is_better=(sizeof(Try_t)<=sizeof(Best_t) && upto_n==Max_t(Try_t(upto_n)))>
struct tight_int {
typedef typename tight_int<Max_t, upto_n,
typename type_sel<try_is_better, Try_t, Best_t>::type,
typename next_t<Try_t>::type>::type type;
};
// unsigned char specialization of tight_int terminates iteration through types
template <typename Max_t, Max_t upto_n, typename Best_t, bool try_is_better>
struct tight_int<Max_t, upto_n, Best_t, unsigned char, try_is_better> {
typedef typename type_sel<try_is_better, unsigned char, Best_t>::type type;
};
我仍然不喜欢的一件事是类型列表的实现方式很蹩脚(如 next_t)。我不喜欢每种类型需要指定两次:作为专门的模板参数以及 next_type::type。相反,我们可以使用一个嵌套自身的类来形成类型列表。下面,Try_t 被替换为 Trylist_t。新的帮助器类 tpair 将自身嵌套在模板类型参数中以形成类型的迭代列表。现在可以用一行定义类型列表,例如:
tpair<unsigned long long, tpair<unsigned long, tpair<unsigned int, ... > >
这个类型列表类可以在其他地方使用来构建其他类型的列表。 (请记住,我们受规范绑定到 C++03,因此可变参数模板参数列表不可用。)
这是下一个版本,带有 tpair 类型列表。我没有理会模板参数列表中的换行符,因为现在无论如何它都无法读取:
template <typename My_t, typename Next_t=void>
struct tpair { typedef My_t type; typedef Next_t next_tpair; } ;
template <bool, typename True_t, typename False_t>
struct type_sel { typedef True_t type; };
template <typename True_t, typename False_t>
struct type_sel<false, True_t, False_t> { typedef False_t type; };
template <typename Max_t, Max_t upto_n, typename Best_t = Max_t, typename Trylist_t = tpair<unsigned long long, tpair<unsigned long, tpair<unsigned int, tpair<unsigned short, tpair<unsigned char> > > > >, bool try_is_better=(sizeof(Trylist_t::type)<=sizeof(Best_t) && upto_n==Max_t((typename Trylist_t::type) upto_n))>
struct tight_int {
typedef typename tight_int<Max_t, upto_n, typename type_sel<try_is_better, typename Trylist_t::type, Best_t>::type, typename Trylist_t::next_tpair>::type type;
};
template <typename Max_t, Max_t upto_n, typename Best_t, bool try_is_better>
struct tight_int<Max_t, upto_n, Best_t, typename tpair<unsigned char>, try_is_better> {
typedef typename type_sel<try_is_better, unsigned char, Best_t>::type type;
};
好吧,这不是一个完整的答案,我仍然发布它是为了:
这是我从boost技术导出的代码:
namespace detail
{
template< int Category > struct UintLeastHelper {}; // default is empty
// specializatons: 1=u64, 2=u32, 3=u16, 4=u8,
// no specializations for 0 and 5: requests are errors
template<> struct UintLeastHelper<1> { typedef u64 Least; };
template<> struct UintLeastHelper<2> { typedef u32 Least; };
template<> struct UintLeastHelper<3> { typedef u16 Least; };
template<> struct UintLeastHelper<4> { typedef u8 Least; };
}
//! finds the type that is the smallest that can bear numbers up-to-and-containing MaxValue.
template< u64 MaxValue >
struct TightestUInt_T
{
typedef typename detail::UintLeastHelper
<
1 + // (MaxValue <= IntegerTraits<u64>::ConstMax_T::value) <- this is always true of course.
(MaxValue <= IntegerTraits<u32>::ConstMax_T::value) +
(MaxValue <= IntegerTraits<u16>::ConstMax_T::value) +
(MaxValue <= IntegerTraits<u8>::ConstMax_T::value)
>::Least Value_T;
};
这通过了问题的
static_assert
测试 OK。
正如你所看到的,这很有趣,因为它使用了一系列将比较结果转换为 int(0 或 1)的加法来确定类别。
您还可以看到它取决于一些较低级别的实用程序,
ConstMax_T
。这是在常量表达式中工作的 numeric_limits
的替代品。 Boost有自己的系统,我也复制了。
基本上结果是这样的:
template <class T>
class IntegerTraits
{
public:
typename typedef TIsIntegral<T>::ValueType_t IsIntegral_T;
};
namespace detail
{
template <class T, T MinVal, T MaxVal>
class IntegerTraitsBase
{
public:
typedef TIntegralConstant<bool, true>::ValueType_t IsIntegral_T;
typedef TIntegralConstant<T, MinVal> ConstMin_T;
typedef TIntegralConstant<T, MaxVal> ConstMax_T;
};
}
template<>
class IntegerTraits<char>
: public detail::IntegerTraitsBase<char, CHAR_MIN, CHAR_MAX>
{ };
template<>
class IntegerTraits<signed char>
: public detail::IntegerTraitsBase<signed char, SCHAR_MIN, SCHAR_MAX>
{ };
// etc. for next types
你会看到它最终再次使用了一个更低级别的实用程序
TIntegralConstant
,这确实很容易做到。所以这个答案使用的代码比 Christopher 的答案多得多,并且不能轻易粘贴到 ideone 中。但我仍然发布它来展示我最终是如何做到的。原因是它通过分离基本功能来帮助扩展我自己的元库。
享受
有点晚了,但这就是我的方法:
#include <cstdint>
#include <utility>
#include <type_traits>
template<std::size_t N>
constexpr auto bits_needed()
{
auto n = N;
std::size_t number_of_bits{0ul};
while( n > 0 )
{
n >>= 1;
number_of_bits++;
}
return number_of_bits;
}
template<std::size_t N>
using smallest_type = std::conditional_t<bits_needed<N>() <= 8*sizeof(std::uint8_t), std::uint8_t,
std::conditional_t<bits_needed<N>() <= 8*sizeof(std::uint16_t), std::uint16_t,
std::conditional_t<bits_needed<N>() <= 8*sizeof(std::uint32_t), std::uint32_t, std::uint64_t>>>;
int main()
{
static_assert(std::is_same_v<std::uint8_t,smallest_type<255>>);
static_assert(std::is_same_v<std::uint16_t,smallest_type<256>>);
}