boost中如何面对疯狂的类型推导？

realdodo — Sun, 06 May 2007 15:33:00 +0000

这些天，我一直在说一个名词：Expression Templates。这个东西很有用，我也会在未来把这篇英文文档用易懂的中文讲解一遍（当然，各位已经看过的高手可以无视我未来的这篇文章）。

可以很肯定地说，Expression Templates一定是未来C++各种类库设计的标准思路，现在boost.spirit、boost.lambda、boost.uBLAS、boost.xpressive等库都是用这种思路设计，而且介绍这种方法的论文也明确指出，合理应用这种方法可以显著的提高程序性能，能让C++程序库的效率高于相同功能的C程序库（例如std::sort和qsort的比较）。但是它的一个致命缺点是：令人发狂的类型推导。

看看下面这个例子吧，它是boost.spirit的一个例子（boost 1.34.0的libs/spirit/example/techniques/no_rules/no_rule2.cpp），用于说明如果没有自动类型推导或者类似功能的机制，类型定义会变得多么的疯狂：

程序代码

struct skip_grammar : grammar
{
    template
    struct definition
    {
        definition(skip_grammar const& /*self*/)
        : skip
            (       space_p
                |   ”//” >> *(anychar_p - ’\n’) >> ’\n’
                |   ”/*” >> *(anychar_p - ”*/”) >> ”*/”
            )
        {
        }
        typedef
           alternative            strlit, kleene_star            chlit > > >, chlit > >, sequence            strlit, kleene_star            strlit > > >, strlit > >
        skip_t;

        skip_t skip;
        skip_t const& start() const { return skip; }
    };
};

请注意中间的那个skip_t的类型定义，我相信一定没有人相信是人手写出来的……本来应该编译器做的事情换做人来做，太疯狂了！特别是还要自己弄明白所有的operator的返回类型，更加的困难……

boost.spirit的作者Joel de Guzman给出了一个比较猥琐的解决方案：将skip_t先定义成随便一个什么类型，比如int，然后编译，这样便一起就会提示说：“Cannot convert boost::spirit::alternative<… …………> to int”，把这个错误拷贝出来，就可以看到实际的类型了——天哪，足够疯狂了！这还没完，如果遇到更复杂的情况怎么办，看看boost 1.34.0的libs/spirit/example/techniques/no_rules/no_rule3.cpp吧，头开始疼了……

所以，Joel de Guzman在给我留下深刻印象之后开始说明他的方案。
方案一：期待C++ 0X早日成为事实的标准，让那个非常有用的auto关键字成为到处可用的东西。
方案二：使用部分编译器已经实现的typeof关键字，然后写一个宏：

程序代码

#define RULE(name, definition) typeof(definition) name = definition

这样，就可以简单的使用宏来简化各种类型定义，不过可怜的MSVC并没有实现这种功能。
方案三：使用“Nabialek trick”。看到“Nabialek trick”这个陌生的名词，我的第一个反应就是“去google/baidu”，不过很可惜，google上的所有搜索结果都直接或间接的来自我正在看的boost.spirit文档，而baidu更是告诉我找不到。OK，我们还是回到这个名词本身吧。这个trick是因为其发明者，Sam Nabialek，而得名，其作用是将“线性非决定式”（linear non-deterministic）转换成“决定式”（deterministic）。如果要说的更具体一些就不行了，其实我还不太明白，我正在阅读boost.spirit的部分源码，希望能够有些收获。无论如何，boost.spirit最终用极为优雅的方式将类型推导的难题再次交给了编译器，整个代码非常的简洁明了，可谓是最佳的实现方式。

就我个人来说，应该还可以提出方案四：使用boost.typeof库的基础设施，不过为了能使用这个东西，依然必须手动的“注册”各种类型，并依赖于大量的模板和宏技巧，比较烦，所以并不算一个很好的方式，但至少还可以接受。

综合来说，正是因为Expression Templates的广泛使用，类型推导成了一个疯狂的怪兽，而C++ 0X中的auto关键字成了绝对的救星，我们还是来呼唤新标准早日降临吧！

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