如何设计一个带有“注释”字段的类？

想象一下，我们有某种包含数百种消息类型的协议，我们希望通过 C++ 类对每种消息类型进行建模。由于每个类应该能够自动处理每个字段，一个自然的解决方案是只拥有一个std::tuple具有所有必需的类型：

std::tuple<int, double, char> message;

print(message);   // the usual variadic magic

这一切都很好。但是，现在我想给每个字段一个名称，并且我希望能够在代码中引用该字段时使用该名称，并获取它的文本表示形式。天真地，或者用 C 语言，我可能会这样写：

struct Message
{
    int    header;
    double temperature;
    char   flag;
};

这样我们就失去了元组的递归自动处理能力，但我们可以按字面意思命名每个字段。在 C++ 中，我们可以通过枚举来完成这两件事：

struct Message
{
    enum FieldID { header, temperature, flag };
    static const char * FieldNames[] = { "header", "temperature", "flag" };

    typedef std::tuple<int, double, char> tuple_type;

    template <FieldID I>
    typename std::tuple_element<I, tuple_type>::type & get()
    { return std::get<I>(data); }

    template <FieldID I>
    static const char * name() { return FieldNames[I]; }

    tuple_type data;
};

现在我可以说，Message m; m.get<Message::header>() = 12;等等，我可以递归这些字段，让每个字段打印出自己的值，并以自己的名称为前缀，等等。

现在的问题是：如何有效地编写这样的代码而不重复？

理想情况下，我希望能够这样说：

START_MESSAGE(Message)
ADDFIELD(int, header)
ADDFIELD(double, temperature)
ADDFIELD(char, flag)
END_MESSAGE

有没有办法结合预处理器、Boost 和 C++11 来实现这样的目标，而不需要外部生成工具？ （我认为 Boost.Preprocessor 称之为“水平”和“垂直”重复。我需要以某种方式“转置”字段数据。）这里的关键特征是我永远不必重复任何信息，并且修改或添加一个字段只需要进行一次更改。

您可以使用 boost 的预处理器序列来做到这一点。

#define CREATE_MESSAGE(NAME, SEQ) ...

CREATE_MESSAGE(SomeMessage,
  (int)(header)
  (double)(temperature)
  (char)(flag)
)

您需要迭代每一对来生成定义。我没有任何方便的示例代码，但如果有趣的话我可能可以安排一些。

有一次，我有一个类似这样的生成器，它还生成了字段的所有序列化。我感觉有点太过分了。我觉得具体的定义和现场的声明性访问者更加直接。如果其他人必须在我之后维护代码，那就有点不那么神奇了。我不知道你的具体情况，刚实施后我还是有所保留。 :)

再次查看 C++11 功能会很酷，尽管我还没有机会。

Update:

虽然还有一些问题需要解决，但这基本上是有效的。

#include <boost/preprocessor.hpp>
#include <boost/preprocessor/seq/for_each_i.hpp>
#include <boost/preprocessor/arithmetic/mod.hpp>
#include <boost/preprocessor/control/if.hpp>

#include <tuple>

#define PRIV_CR_FIELDS(r, data, i, elem) \
    BOOST_PP_IF(BOOST_PP_MOD(i, 2),elem BOOST_PP_COMMA,BOOST_PP_EMPTY)()

#define PRIV_CR_STRINGS(r, data, i, elem) \
    BOOST_PP_IF(BOOST_PP_MOD(i, 2),BOOST_PP_STRINGIZE(elem) BOOST_PP_COMMA,BOOST_P

#define PRIV_CR_TYPES(r, data, i, elem) \
    BOOST_PP_IF(BOOST_PP_MOD(i, 2),BOOST_PP_EMPTY,elem BOOST_PP_COMMA)()

#define CREATE_MESSAGE(NAME, SEQ) \
    struct NAME { \
        enum FieldID { \
            BOOST_PP_SEQ_FOR_EACH_I(PRIV_CR_FIELDS, _, SEQ) \
        }; \
        std::tuple< \
            BOOST_PP_SEQ_FOR_EACH_I(PRIV_CR_TYPES, _, SEQ) \
        > data;\
        template <FieldID I> \
            auto get() -> decltype(std::get<I>(data)) { \
                return std::get<I>(data); \
            } \
        template <FieldID I> \
            static const char * name() { \
                static constexpr char *FieldNames[] = { \
                    BOOST_PP_SEQ_FOR_EACH_I(PRIV_CR_STRINGS, _, SEQ) \
                }; \
                return FieldNames[I]; \
            } \
    };

CREATE_MESSAGE(foo,
        (int)(a)
        (float)(b)
    )

#undef CREATE_MESSAGE

int main(int argc, char ** argv) {

    foo f;
    f.get<foo::a>() = 12;

    return 0;
}

get 的 decltype 有问题。我还没有真正使用过元组来知道那里会发生什么。不过，我认为这与生成类型或字段的方式没有任何关系。

以下是预处理器使用 -E 生成的内容：

struct foo { 
  enum FieldID { a , b , }; 
  std::tuple< int , float , > data;
  template <FieldID I> 
    auto get() -> decltype(std::get<I>(data)) { 
      return std::get<I>(data); 
  } 
  template <FieldID I> static const char * name() { 
    static constexpr char *FieldNames[] = { "a" , "b" , }; 
    return FieldNames[I]; 
  } 
};