将任意元素存储在连续内存中

Question

我正在尝试创建一个数据结构，它将在连续内存中保存 N 种不同类型。所以在编译时我可以说我想存储 3 种不同类型的 4 个元素，在内存中它看起来像 111122223333.

我一直在使用可变参数模板方法，我认为它会做我想做的，但是我不确定如何在 add 方法中将元素添加到每个数组。

template<std::size_t N, typename... Args>
class Batch
{
    private:
        std::tuple<std::array<Args, N>...> data_;
        size_t currentPos_;

    public:
        template<typename T>
        void addToArray(std::array<T, N>& array, const T& value)
        {
            array[currentPos_] = value;
        }

        void add(const Args&... values)
        {
            //????
            addToArray(/*array, value*/);

            currentPos_++;
        }

        const void* data()
        {
            &return data_;
        }
};


int main()
{
    Batched<3, float, double, int> b;

    b.add(1.0f, 1.0, 1);
    b.add(2.0f, 2.0, 2);
    b.add(3.0f, 3.0, 3);
    b.add(4.0f, 4.0, 4);
    return 0;
}

即使我让它工作，内存布局是否正确？有没有更好的方法？

Answer 1

有两种词汇类型可以帮助您。
std::variant and std::any。

std::variant 根据您的预期用途更适合。

而不是像这样创建自己的类型：

Batched<3, float, double, int> b;

考虑使用：

std::vector<std::variant<float, double, int>> vec;

然后就可以正常添加元素了：

vec.emplace_back(1);    //int
vec.emplace_back(1.0f); //float
vec.emplace_back(1.0);  //double

Answer 2

我不认为这是个好主意，但是...我展示它只是为了好玩

使用 std::vector<char>（以及 C++11 添加的方法 data() 授予的对以下内存的访问权限）和旧的 memcpy()，我想你可以只需按照以下步骤操作

#include <vector>
#include <cstring>
#include <iostream>

template <typename... Args>
class Batch
 {
   private:
      std::vector<char> buffer;

   public:

      void addHelper ()
       { }

      template <typename T, typename ... Ts>
      void addHelper (T const & v0, Ts ... vs)
       { 
         auto  pos = buffer.size();

         buffer.resize(pos + sizeof(T));

         std::memcpy(buffer.data() + pos, & v0, sizeof(T));

         addHelper(vs...);
       }

      void add (const Args&... values)
       { addHelper(values...); }

      const void * data()
       { return buffer.data(); }

      void toCout ()
       { toCoutHelper<Args...>(0U, buffer.size()); }

      template <typename T, typename ... Ts>
      typename std::enable_if<(0U < sizeof...(Ts)), void>::type
         toCoutHelper (std::size_t  pos, std::size_t  size)
       {
         if ( pos < size )
          {
            T val;

            std::memcpy( & val, buffer.data() + pos, sizeof(T) );

            std::cout << " - " << val << std::endl;

            toCoutHelper<Ts...>(pos+sizeof(T), size);
          }
       }

      template <typename T, typename ... Ts>
      typename std::enable_if<0U == sizeof...(Ts), void>::type
         toCoutHelper (std::size_t  pos, std::size_t  size)
       {
         if ( pos < size )
          {
            T val;

            std::memcpy( & val, buffer.data() + pos, sizeof(T) );

            std::cout << " - " << val << std::endl;

            toCoutHelper<Args...>(pos+sizeof(T), size);
          }
       }

 };


int main()
 {
   Batch<float, double, int> b;

   b.add(1.0f, 1.0, 1);
   b.add(2.0f, 2.0, 2);
   b.add(3.0f, 3.0, 3);
   b.add(4.0f, 4.0, 4);

   b.toCout();

   return 0;
 }

--- 编辑 ---：添加了一个方法，toCout() 打印（到 std::cout）所有存储的值；只是建议如何使用这些值。

--- 编辑 2 ---：正如 ildjarn 所指出的（谢谢！）如果 Args... 类型中有一些非 POD，则此解决方案非常危险（普通旧数据）类型。

在this page中解释得很好。

我转录相关部分

An example of a type that cannot be safely copied using memcpy is std::string. This is typically implemented using a reference-counted shared pointer, in which case it will have a copy constructor that causes the counter to be incremented. If a copy were made using memcpy then the copy constructor would not be called and the counter would be left with a value one lower than it should be. This would be likely to result in premature deallocation of the memory block that contains the character data.

--- 编辑 3 ---

正如 ildjarn 所指出的（再次感谢！）使用此解决方案离开 data() 成员非常危险。

如果有人使用这种方式返回的指针

   char const * pv = (char const *)b.data();

   size_t  pos = { /* some value here */ };

   float  f { *(float*)(pv+pos) };  // <-- risk of unaligned access

在某些体系结构中，可能会导致访问未对齐地址中的 float *，从而终止程序

从 data() 返回的指针中恢复值的正确（和安全）方法是 toCoutHelper() 中使用的方法，使用 `std::memcpy()

   char const * pv = (char const *)b.data();

   size_t  pos = { /* some value here */ };

   float  f; 

   std::memcpy( & f, pv + pos, sizeof(f) );

将任意元素存储在连续内存中

Store arbitrary elements in contiguous memory

c++

templates

memory-alignment

variadic-templates

c++11