如何在C++中實現元類？

Question

我一直在閱讀一些關於元類的內容，但我想知道它們是否可以在C++中實現。

我知道Qt庫正在使用MetaObjects，但它使用C++的擴展來實現它。我想知道它是否可以直接在C++中使用。

謝謝。

Answer 1

可以創建元類，但是C++並不是這樣的，它是關於基於靜態編譯時的實現，而不是運行時的靈活性。

無論如何，這取決於你是否想要方法的Meta-Classes，或者只需要Meta-Classes與數據，Data類可以用Boost構造如boost :: any來實現，如果你想要方法的類，可以使用boost :: bind方法綁定到對象，或者你可以用COM-objects之類的單入口點接口自己實現它們。

然而，「真正的」C++方法是使用泛型，因此它可以在編譯時確定，以獲得最佳性能。老實說，雖然我見過很少的系統，但真正需要運行時的靈活性，在大多數情況下，對象是天生的，死於同一個類，或者至少足夠花95％的系統一旦他們從工廠出來，他們終身成爲一個班級。

所以在許多情況下，人們會發現自己爲運行時元類付出太多。當然，有一種觀點認爲，這可以提供更好的開發人員性能，但在許多情況下，每行代碼將在硬件上運行，比寫它的時間多幾億倍。因此，您可以將編譯時和運行時類考慮爲付費或永久租用。我個人喜歡先付款。

Answer 2

Gamma等人在書籍「設計模式」中的幾種模式與元類概念具有相似的特徵。例如，「策略」模式允許您在創建時自定義對象行爲。信封成語是另一個密切的匹配。儘管如此，也不要讓你自定義該類的接口。

在COM中，IDispatch接口允許在運行時向對象動態添加方法/屬性。這意味着放棄標準的C++方法調用。每次調用都會經歷相同的方法，該方法將索引或字符串鍵引入用戶維護的方法/屬性表中，並且所有參數都必須作爲對象數組傳遞。

使用這兩種技術可以獲得元類的靈活性，但是由於沒有語法優勢或運行時/編譯器的幫助，這是一個更難的方法。

戴夫

Answer 3

不怕......至少不是天生的。

擁有一個元類通常需要有一個表示類的運行時對象，就像Java中的情況一樣。

在C++中，類沒有運行時表示。它們的表現發生在虛擬表格之類的事物中。但是在很多方面，它們都像C函數一樣操作，所有的OOP幾乎都以膠水代碼的形式運行。

這就是說，有很多事情你可能想要用其他語言的元類來實現OOP模式。你也可以「模擬」你自己的對象系統。

Answer 4

如果元類的工作定義爲「一個語言實體，其實例是自己班」，然後仿製藥在C元類++：

#include <iostream> 
using namespace std; 

template <typename T> 
class Meta { 
public: 
    Meta(const T&init) : mData(init) {} 
// ... 
private: 
    T mData; 

}; 

int main(int, char **) { 
    cout << "The size of Meta<double> is " << sizeof(Meta<double>) << endl ; 
    return 0; 
} 

在倒數第三行中的雙>使用元<的強迫編譯器實例化Meta <雙>類; sizeof操作符在Meta上運行，從而證明這不是簡單的語義糖，並且類已經被實例化。即使沒有實例化Meta類型的對象，程序也是完整的。

Answer 5

C++沒有內置的對元類的支持（不是以Python/Objective-C方式），但是你可以手動模仿元類的行爲。基礎非常簡單，您可以創建一個具有較長使用壽命的額外類（單例，靜態對象或Construct On First Use Idiom），該類可以創建和操作相應的類。 （在Objective-C中，元類通常包含'靜態'成員變量，內存分配/釋放例程等等）。

Qt做了什麼，他們採用了元類的概念並對其進行了修改，以便它們可以支持某種形式的Reflection（以及不支持它的系統上的RTTI）。實現這將需要大量的宏魔法或自定義編譯器（比如他們已經選擇使用）。

通常，C++語言已經提供了大部分常規元類提供的功能，只是以不同的形式。實際上，想要元對象的唯一原因是出於反射的目的，如this document中概述的那樣，在C++中實現反射有不同的方法。除此之外，如果你真的設置了一個Objective-C風格的元類系統，我不知道有任何庫可以這樣做，但很可能。另一方面，滾動你自己也不應該那麼困難。

Answer 6

你可能想看看這篇博文。

https://herbsutter.com/2017/07/26/metaclasses-thoughts-on-generative-c/

這可能是元類將被正在進入C++，但是這將是一段時間未定。