C#模拟C++模板特化对类型的值的支持
2024-09-08 17:22:08
概述
C++的模板相比于C#，有很多地方都更加的灵活（虽然代价是降低了编译速度），比如C++支持变长参数模板、支持枚举、int等类型的值作为模板参数。
C++支持枚举、int等类型的值作为模板参数，为C++的静态多态编程提供了很好的帮助，比如根据枚举值编译期确定某个对象的行为策略等（下文举例）。但是C#对这些都是不支持，但是C#天然支持反射，这种需求可以使用反射特性来实现。
需求示例
定义枚举 enum EPlant {Tree, Flower}，根据枚举的值打印Tree,Flower字符串。注意，这里的应用场景是编译器时的多态，即编码时便确定使用的对象的类型。
C++的实现
上述的例子，C++的语法支持可以天然的实现，如下：
#include <iostream>
enum class EPlant
{
Tree = 0,
Flower,
};
template<EPlant ...Args>
class PrintPlant
{
};
template<>
class PrintPlant<>
{
public:
void Print()
{
std::cout << "Plant" << std::endl;;
}
};
template<>
class PrintPlant<EPlant::Tree>
{
public:
void Print()
{
std::cout << "Tree" << std::endl;;
}
};
template<>
class PrintPlant<EPlant::Flower>
{
public:
void Print()
{
std::cout << "Flower" << std::endl;
}
};
int main()
{
auto plant = new PrintPlant<>();
plant->Print();
auto flower = new PrintPlant<EPlant::Flower>();
flower->Print();
auto tree = new PrintPlant<EPlant::Tree>();
tree->Print();
}
输出：
- template<EPlant ...Args> 这里使用变长参数模板，来支持没有传入模板参数的情况，特化类型Print函数打印"plant"
- template<> class PrintPlant<EPlant::Tree> 模板特化的类型，在main里使用了new PrintPlant<EPlant::Tree>();语句创建该类型的对象。该对象打印"Tree"。
C# 实现
C#的模板不支持枚举的值作为模板参数，使用反射进行模拟。
using System;
using System.Reflection;
using System.Collections.Generic;
[AttributeUsage(AttributeTargets.Class, AllowMultiple = false)]
public class ABTEX : Attribute
{
public object key;
public ABTEX(object k)
{
key = k;
}
}
public class TEX
{
static Dictionary<Type, Dictionary<Type, Dictionary<string, object>>> dict;
public static void Init(Type[] types)
{
dict = new();
foreach (var t in types)
{
var ABTEX = t.GetCustomAttribute<ABTEX>();
var bt = t.BaseType;
if (ABTEX != null && bt != null)
{
AddInst(t, bt, ABTEX.key);
}
}
}
static string FmtKey(object key)
{
return $"{key}";
}
static void AddInst(Type ty, Type bt, object key)
{
if (!dict.ContainsKey(bt))
{
dict[bt] = new();
}
var kt = key.GetType();
string k = FmtKey(key);
if (!dict[bt].ContainsKey(kt))
{
dict[bt][kt] = new();
}
dict[bt][kt][k] = Activator.CreateInstance(ty);
}
static public R T<R>(object key)
{
if (dict.TryGetValue(typeof(R), out Dictionary<Type, Dictionary<string, object>> dbt))
{
var kt = key.GetType();
string k = FmtKey(key);
if (dbt.TryGetValue(kt, out Dictionary<string, object> kbt))
{
if (kbt.TryGetValue(k, out object ins))
{
return (R)ins;
}
}
}
return default(R);
}
}
public enum EPlant : int
{
None = 0,
Tree,
Flower,
}
public class APrintPlant
{
public virtual void Print()
{
Console.WriteLine("Plant");
}
}
[ABTEX(EPlant.Tree)]
public class PrintTree : APrintPlant
{
public override void Print()
{
Console.WriteLine("Tree");
}
}
[ABTEX(EPlant.Flower)]
public class PrintFlower : APrintPlant
{
public override void Print()
{
Console.WriteLine("Flower");
}
}
class Program
{
static void Main(string[] args)
{
var all = Assembly.GetExecutingAssembly().GetTypes();
TEX.Init(all);
TEX.T<APrintPlant>(EPlant.Tree).Print();
TEX.T<APrintPlant>(EPlant.Flower).Print();
}
}
输出：
C#可以保存类型信息到运行期，通过运行期分析类型信息创建对象实现静态多态。
- TEX类分析传入的所有类型，筛选父类和ABTEX特性，使用父类型，ABTEX的key的类型和值来索引该类型。（这里索引是实例对象，有需求的话可以保存类型Type，使用类型通过反射创建对象）
- ABTEX标记需要反射分析的类型，并且标记key。
- Main入口获取当前程序集下所有的类型信息，初始化TEX
- 通过TEX.T<抽象类>（key）.Func 调用方法（注意： 这里使用这些类作为纯函数的类，故使用类似单例的用法。也可以在初始化记录类型，通过反射创建多个实例。）
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