c++任意类型Any类的实现

阳光穿透心脏的1/2处 2022-07-11 04:59 168阅读 0赞

转自：http://www.cnblogs.com/feixue/p/boost-any.html

在java或c\#中，Object类型对象可以指向任意类型的变量，因为所有的类默认都从Object类继承。但是在c++中，没有类似Object类这样的类型，而很多时候，为了设计出通用的程序，往往需要类似于Object类型作为参数或者返回值。例如，在另一篇文章[《c++实现反射类》][c]中就用到了可以指向任意类型的Any类。

在c或者c++中，可以指向任意类型的关键字就是无符号类型void\*，任何一个对象都可以使用void\*来指向。例如以下类：

![复制代码][copycode.gif]

class A {
     private：
      int a；
    };
    
    class B {
     private：
      char b;
    };
     
    int i = 10；
    A a；
    B b；
    void* tmp = &i;
    tmp = &a;
    tmp = &b;

![复制代码][copycode.gif]

上述程序不会有任何问题，如果是这样，是否还需要Any类型呢？void\*是否可以解决一切问题？我们继续往下看，

void* any = &a;
    B* b = (B*)any;

这里，首先将类型A的变量赋值给any，然后又将any赋值给类型B的变量，而且毫无问题，编译器不会给出任何警告，如果你非常不幸的话，程序毫无问题的运行，直到某一天在关键时刻整个系统崩溃。看来，void\*实在是太万能，以至于对它执行任意操作都不会有问题。很显然，这种使用方式极其不安全。另外，因为void\*是指针，所指向的对象如果已经被释放，再使用any时就会出现问题，这种情况下，需要重新new一个相同的对象，使用any指向new的对象，不过这样的话需要自己管理指针，使用起来会非常麻烦。因此，我们另想办法来实现Any类型而不使用void\*。

首先，如果可以接受任意类型的数据，Any类首要的一个特性就是与类型无关。在c++中，想做到类型无关，第一选择必是使用模板。而且我们希望这样使用Any类型：

Any any(string("test"));
    Any any(10);
    A a;
    Any any = a;

上述使用方式中，要求在定义Any类型时，不会显式指定Any类型，这样的话，Any就不能定义成一个模板类，因此符合上述使用要求的Any类的定义大致如下：

![复制代码][copycode.gif]

template<typename ValueType>
    Any(ValueType value) {
        content_ = value;  // content_是Any类成员，保存数据副本
    }

template<typename ValueType>

Any& operator=(ValueType value) \{

Any(value).Swap(\*this);

return \*this;

![复制代码][copycode.gif]

需要注意的是，=的重载为什么不使用content\_ = value，有两个原因：

1.  如果ValueType是Any类型，会陷入函数调用无穷递归；
2.  如果content\_里面包含需要释放的资源，直接赋值的话，之前的资源不会释放；

因此，写成如上形式，使用一个临时对象保存参数值，在执行完Swap语句后，临时对象会被销毁，参数值通过临时对象交换到this指针指向的对象，this指向对象被交换到临时对象中，随着临时对象的销毁，this指向对象之前拥有的资源也会被回收或者释放。使用这种方式很方便地完成赋值操作。

有了以上两个函数，就可以这样使用：

![复制代码][copycode.gif]

A a;
    Any any(a);
    Any any(10);
    Any any = new A;
    
    Any any;
    any = a;

![复制代码][copycode.gif]

这样，通过使用函数模板，Any类型可以接受任意类型的变量。到这里，又有另外一个问题，Any中的content\_应该定义成什么类型。在我们看来，content\_同样可以接受任意类型变量，那么content\_也应该定义成Any类型，但是这样会陷入定义无穷递归。如何避免这种情况在c++中经常遇到，就是定义content\_为Any类型指针。但是单纯一个指针无法保存指向对象的数据，因此，需要再新建一个类似Any类型的类，这个类专门负责保存Any类型指向对象的数据副本。因为需要保存任意类型的数据，可以将其定义为模板类：

template<typename ValueType>
    class Holder {
     private:
      ValueType held_;
    };

类Holder可以保存任意类型的数据，不过在使用Holder类时，需要显示指定模板参数，如下：

holder<int> i_holder;
    holder<string> str_holder;

然而Any类中content\_变量在定义时没有显示指定类型，因为Any不是模板类，没有模板类型参数传递给content\_。为了解决这种情况，再定义一个Holder的基类，如下：

![复制代码][copycode.gif]

class PlaceHolder {
    public:
      virtual ~PlaceHoder() {}
    };
    
    template<typename ValueType>
    class Holder : public PlaceHolder {
         
     public:
      Holder(const ValueType& value) : held(value) {}
     private:
      ValueType held_;
    };

![复制代码][copycode.gif]

定义完Holder基类PlaceHolder，就可以将Any类中的content\_定义成PlaceHolder类指针类型了， 现在，Any类基本框架已经搭建完，目前Any类如下：

![复制代码][copycode.gif]

class Any {
     public:
      Any() : content_(NULL) {}
      template<typename ValueType>
      Any(const ValueType& value) : content_(new Holder<ValueType>(value)) {
      }
      ~Any() {
        delete content_;
      }
    
     private:
      PlaceHolder* content_;
    }；

![复制代码][copycode.gif]

但是，这里还有一个问题（谢谢壮壮熊的提示），那就是如果这样使用：

Any a(1);
    Any b(a);

程序就会挂掉，因为b变量保存的是Any类型，即content\_是Any类型，b在调用析构函数时调用delete content\_语句，该语句又会调用content\_的析构函数，因为这里的content\_是Any类型，所以Any析构函数就陷入无穷递归调用。因此，这里，需要定义Any另外一个接受Any类型参数的构造函数：

Any(const Any& other) : content_(other.content_ ? other.content_->clone() : NULL) {}
    
    // Holder中的clone函数
    virtual PlaceHoder* clone() const {
        
      return new Holder(held_);
    }

然而，毕竟Any类型只是作为中间媒介来保存和传递数据，最终还是需要将Any转换成相应类型的对象，因此必须定义如下函数：

![复制代码][copycode.gif]

template<typename ValueType>
    ValueType* any_cast() {
      if (content == NULL)
        return NULL;
      else
        return static_cast<holder<ValueType> *>(content_)->held_;
    }

![复制代码][copycode.gif]

到这里，Any类基本功能就已经具备了。但是，这时的Any类也存在上面void\*提到的问题，即没有类型检查，可以将Any类型转换成任意类型。在c++中，有个高级的功能就是运行时类型识别（RTTI），其中可以使用typeid操作符获得指针或引用所指对象的实际类型，因此，在进行类型转换时可以比较Any中存储的类型是否与转换的类型符合，如果不符合则转换失败打印日志，如果符合则转换成功，这里可以根据具体应用来控制转换结果。

本文中需要注意学习的知识点：

1.  模板编程；
2.  =重载实现；
3.  模板类继承；
4.  临时对象的使用；
5.  类型识别以及类型转换；

注：

本文的Any类借鉴boost中Any的实现，对其实现过程进行了剖析，文中程序只是样例，如果使用的话请直接使用boost中的Any类。

[c]: http://www.cnblogs.com/feixue/p/cplusplus_reflector.html
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