C++中模拟反射填充消息struct
问题
我正做的一个项目需要在Erlang 节点和C++ 节点之间传输大量的事件，在C++这一侧，使用struct储存这些消息。
自然的，我需要很多struct，例如:
struct msg_greeting{
std::string sender;
std::string content;
int content_length;
std::string content_type;
};
struct msg_bye{
std::string sender;
};
在Erlang这一侧，使用tuple储存，由于Erlang是动态类型的，所以不需要定义，这里只是说明：
view sourceprint?1 {greeting, Sender ::string(), Content ::string(), ContentLength ::int(), ContentType ::atom() }
2 {bye, Sender ::string() }
消息的传输可以使用tinch_pp (http://www.adampetersen.se/code/tinchpp.htm)
如果你第一次使用tinch_pp，下面这一段是一个简单的接收和匹配的过程，即使不了解tinch_pp也可以看懂：
void connect::msg_receiver_routine()
{
try{
while(1) {
matchable_ptr msg = mbox->receive();
int token;
std::string type;
matchable_ptr body;
if(msg->match(
make_e_tuple(atom("event"),
e_string(&type)),
any(&body)))
//do something here
else
//some log here
}
}catch(boost::thread_interrupted e){
// @todo output some log here
}
};
我们使用event标识一个erlang事件，type是这个事件的类型，body是事件内容，也就是我们之前定义的greeting或者bye。
接下来，我们需要实现事件的处理，首先，我们需要把tinch_pp匹配出来的tuple填入我们的c++结构。
我们这样做：
msg_ptr on_greeting(matchable_ptr p){
std::string sender;
std::string content;
int contentLength;
std::string contentType;
bool matched = p->match(make_e_tuple(
erl::string(&sender),
erl::string(&content),
erl::int_(&contentLength),
erl::atom(&contentType)
));
if(matched){
msg_ptr = shared_ptr<msg_greeting>(new msg_greeting());
msg_ptr->Sender = sender;
msg_ptr->Content = content;
msg_ptr->ContentLength = contentLength;
msg_ptr->ContentType = contentType;
return msg_ptr;
}
return shared_ptr<msg_greeting>();
}
问题在于，我们需要为每个消息写这么一大段代码。假如我们的C Node需要处理几十种消息，我们就需要把这个代码重复几十遍，而实际上只有一小部分才是有用的（有差异的）。
提取通用代码
怎样才能省去重复的部分，只保留其中的精华呢？这就需要元编程和预处理器了，我们稍后再介绍。
首先，最显著的差异就是不同的消息中的信息不一样，用c++的说法是：他们具有不同的成员。
去掉这个差异后，我们的代码可以简化为：
msg_ptr on_greeting(matchable_ptr p){
if(matched){
msg_ptr mp = msg_greeting::make(p);
return mp;
}
return shared_ptr<msg_greeting>();
}
看似简洁了许多，但实际上，我们只是把msg_greeting特有的处理（差异）隐藏在msg_greeting定义的静态方法里了。
至少，我们的on_xxxx方法看起来干净点了。
但是，我们还是需要在某处（msg_greeting内部）定义这些代码。
更好的方案
反射是很多语言都具有的特性，反射意味着类具有了自省的能力，即一个类知道自己有哪些成员，这些成员有哪些属性。
如果C++支持反射，我们这个问题就好解决了，我们可以定义一个msg_fill方法，按照msg成员的属性，从matchable_ptr获取成员的值。等等，C++可没有反射支持，至少我不知道。
那么，我们自己来实现一个吧。
成员属性
我们需要一个能保存成员属性的，符合C++语法的物件。有两种选择：对象，类型。
对象对应着运行时，类型对应着编译时。考虑到速度和效率，我们选择类型。
在C++进行元编程，主要是依靠模板来实现的，首先我们声明一个模板，用来表示成员
template <class Type ,class Struct, Type(Struct::*Field)>
struct auto_field;
这个模板有三个参数：Type表示成员的C++类型，Struct表示这个成员所属的结构，Field是成员指针，用来记住这个成员在所属结构中所处的位置。
光有声明没有什么作用，所以我们需要一些实现（或者说模板定义）：
template <class Struct, bool(Struct::*Field)>
struct auto_field<bool, Struct, Field>{
typedef tinch_pp::erl::atom field_e_type;
typedef std::string field_c_type;
static void fill(Struct* s, field_c_type& c){
s->*Field = (c == "true");
};
};
可以看出，我们通过模板特化，为bool类型的成员提供了：
C++类型
Erlang类型
填充C++类型的fill方法
这里其实隐藏了一个问题，怎么知道需要定义这几个类型和静态成员函数呢？稍后再介绍。
类似的，我们可以为更多的类型提供特化，不再重复。
至此，我们已经知道怎么定义类型成员，并记住成员的属性。
填充数据
有了成员的属性，我们就可以解析消息tuple了，参考最初的代码，填充方法的伪实现应该长这样：
template <class Msg>
bool fill(Msg* e){
field_0_c_type field_0_c;
field_1_c_type field_1_c;
field_2_c_type field_2_c;
bool matched = p->match(make_e_tuple(
field_0_e_type(&field_0_c),
field_1_e_type(&field_1_c),
field_2_e_type(&field_2_c)
));
if(matched){
Event::fill(e,field_0_c);
Event::fill(e,field_1_c);
Event::fill(e,field_2_c);
return true;
}
return false;
}；
到此，我们发现不同事件的成员数目是不同的，所以，上述伪代码只能适应成员数为3的消息。
那么，我们就需要提供一组fill实现，每个负责一个成员数。同样，使用模板参数和模板特化来实现：
template <int Size,class Msg>
bool fill(Msg* e);
template <class Msg>
bool fill<1,Msg>(Msg* e){
field_0_c_type field_0_c;
bool matched = p->match(make_e_tuple(
field_0_e_type(&field_0_c)
));
if(matched){
Event::fill(e,field_0_c);
return true;
}
return false;
}；
template <class Msg>
bool fill<2,Msg>(Msg* e)
field_0_c_type field_0_c;
field_1_c_type field_1_c;
......
额~ 这不是又重复了吗？
别急，我们可以用boost::preprocess收敛这些实现，boost::preprocess用来生成重复的代码，
使用后，我们的fill方法长这样：
namespace aux {
template <int FieldListSize,typename FieldList>
struct fill_impl;
#define EMATCH_MAX_FIELD 8
#define BOOST_PP_ITERATION_LIMITS (1,8)
#define BOOST_PP_FILENAME_1 <e_match_impl.h>
#include BOOST_PP_ITERATE()
};
template<typename FieldList>
struct fill : aux::fill_impl<boost::mpl::size<FieldList>::type::value , FieldList>{
};
怎么回事？fill方法消失了？
不，并没有消失，我们把他隐藏在
e_match_impl.h
这个文件里，通过boost::preprocess重复include这个文件8次，从而获得1个到8个成员的fill实现。并通过集成把这个实现模板提供的功能暴露出来，同时收敛其模板参数。
至此，我们得到了一个可以根据FieldList(成员属性的mpl::list)，自动match和填充C++结构的fill方法。
使用
好了，我们来写一段代码，测试一下上述实现吧：
struct SimpleObject{
bool b;
std::string s;
};
typedef boost::mpl::list<
auto_field<bool, SimpleObject, &SimpleObject::b>,
auto_field<std::string, SimpleObject, &SimpleObject::s>
> SimpleObjectFields;
int _tmain(int argc, _TCHAR* argv[])
{
SimpleObject so;
const std::string remote_node_name("[email protected]");
const std::string to_name("reflect_msg");
tinch_pp::node_ptr my_node = tinch_pp::node::create("[email protected]", "abcdef");
tinch_pp::mailbox_ptr mbox = my_node->create_mailbox();
mbox->send(to_name, remote_node_name, tinch_pp::erl::make_e_tuple(tinch_pp::erl::atom("echo"), tinch_pp::erl::pid(mbox->self()), tinch_pp::erl::make_e_tuple(
tinch_pp::erl::make_atom("false"),
tinch_pp::erl::make_string("hello c++")
)));
const tinch_pp::matchable_ptr reply = mbox->receive();
bool ret = fill<SimpleObjectFields>::fill_on_match(&so,reply);
printf("ret is %s \n",(ret?"true":"false"));
printf("so.b == %s \n",(so.b?"true":"false"));
printf("so.s == %s \n",so.s.c_str());
system("pause");
return 0;
}
由于我没有找到tinch_pp怎么构造一个matchable_ptr，所以需要一个erlang的外部节点把我构造的tuple反射回来，tinch_pp已经提供了这样的一个server，运行上述代码前，需要先把他启动起来：
view sourceprint?1 werl -pa . -sname testnode -setcookie abcdef
运行后，应该打印出：
ret is true
so.b == false
so.s == hello c++
请按任意键继续. . .
至此，我们实现了想要的功能，使用同一份代码（fill）将Erlang tuple直接填充到指定的C++结构中，而不必大量重复填充代码。