我如何在C语言中为一个包装类实现多态性，这个包装类将保存几种类型中的一种？

Question

我是一个有成就的C程序员，我用C编写了汇编程序和虚拟机(https://github.com/chucktilbury/assembler（大部分工作，但不完整））我正在考虑将它移植到C，这样我就可以使用STL了。这是一个爱好项目，没有期望对任何人都有用。

我的VM有一个Value的概念，它可以有几种类型中的一种。我使用一个嵌入联合的结构来实现它。这导致了一堆巨大的宏来执行简单的事情，例如加法和比较。

我想做的是有一个基类，可以用来引用一个值和实现特定类型的子类，这样我就不必详细说明如何检索值实现的数据。

换句话说，这就是我所拥有的：

    ...
    switch(left_val->type) {
        ...
        case FLOAT:
            switch(right_val->type) {
            ...
                case INTEGER:
                    result->type = FLOAT;
                    result->data.float_val = left_val->data.float_val + right_val->data.int_val;
                    break;
            ...
            }
        ...
    }

我想看到的是：

  result->add(left_val, right_val); // over-simplified, I know....

显然，我可以像在C中那样做，这是我的下意识反应。但是我觉得我忽略了C语言中的一些要点。

据我所知，没有办法实现我想要的，因为C（像C一样）是一种静态类型的语言。我不妨将丑陋的东西封装在一个类中，然后像我目前在C中所做的那样传递Value（s）。

这种说法是否普遍同意？还是我完全错了？

Answer 1

我用C写了一些非常相似的东西，我假设你对性能没有期望。以下是一些可能有帮助的要点:

您将需要一种方法来存储每条数据的类型信息。您应该使用类来实现此目的，而不是将数据类型存储在枚举中。如果您希望能够支持嵌入额外的类型，您的类型系统应该是健壮的。因为我的目标是面向对象的语言，所以我包含了类型的数据成员和成员函数(包括操作符和构造函数)。

如果您只想使用内置类型，您可以注册对象/类来处理每种类型的运算符。因此，一旦您获得了一段数据，您就可以获取其类型并调用必要的函数。您可以使用多态来执行此系统，但每次复制数据时，您也会复制该类型。因此，您需要有一个可以正确克隆您的对象的函数。您也可以选择更简单的路线，但这会占用更多内存。

Type IntType() {
    Type t;
    t.addition = &add<int>;
    //...
    return t;
}

您还可以只创建一个IntType，然后为每个数据分配它的指针。类似于vftable的东西。

为了实际存储数据，我使用了我的Any结构，它非常类似于std::any(我是在2014年左右写的)。您可以对数据存储使用std::any。你必须小心那些不能被复制的类型。

如果您想自己查看该项目，可以在此处公开获得。你应该得到 4.x-dev 分支。系统处于“源/脚本”中。祝你好运。

Answer 2

我建议使用< code>std::variant和< code>std::visit来减少样板文件。

例：

#include <cstdint>
#include <variant>

using INTEGER = std::intmax_t;
using FLOAT = long double;

using Value = std::variant<INTEGER, FLOAT>;

auto operator+(const Value& lhs, const Value& rhs) {
    return std::visit([](auto&& l, auto&& r) -> Value { return l + r; }, lhs, rhs);
}

现在，添加两个 INTEGERs 将生成一个包含 INTEGER 的变体。在添加中包含 FLOAT 将使结果成为 FLOAT，就像在语言的正常规则中一样。

示例用法:

int main() {
    Value i = 10;
    Value f = 3.14159;

    auto r = i + f;
}

演示

C 20 版本（由 user17732522 提供）：

auto operator+(const Value& lhs, const Value& rhs) {
    return std::visit<Value>(std::plus{}, lhs, rhs);
}