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C++中如何通过宏定义与模板结合实现简单的反射系统?(元编程实践)

穿越時空

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发布时间:2026-02-28 15:07:03

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来源于php中文网

原创

__pretty_function__ 更适合提取类型名,因其在gcc/clang下提供含模板参数的完整函数签名(如"void foo()[with t = int]"),而__function__仅返回裸函数名;msvc需用__funcsig__,跨平台须条件编译。

c++中如何通过宏定义与模板结合实现简单的反射系统?(元编程实践)

为什么 __PRETTY_FUNCTION____FUNCTION__ 更适合提取类型名

因为 __FUNCTION__ 只返回函数名(如 "foo"),而 __PRETTY_FUNCTION__ 在 GCC/Clang 下会给出完整签名(如 "void foo<int>() [with T = int]"</int>),这是手动解析类型的唯一可行入口。MSVC 用 __FUNCSIG__,行为类似,但字符串格式不同——跨平台时必须分支处理。

常见错误是直接对 __FUNCTION__ 做字符串切分,结果永远拿不到模板参数;还有人试图用 typeid(T).name(),但那是未定义的 mangled 名,不可读也不稳定。

  • GCC/Clang:优先用 __PRETTY_FUNCTION__,靠编译器保证格式中含 "[with T = ...]""T = ..." 片段
  • MSVC:改用 __FUNCSIG__,格式为 "void __cdecl foo<int>(void) [T=int]"</int>
  • 所有方案都只能在编译期生成字符串字面量,无法在运行时动态注册类型

如何用宏 + 函数模板生成类型名字符串字面量

核心思路是把类型作为模板参数传入一个辅助函数,再在函数体内用 __PRETTY_FUNCTION__ 提取其展开后的签名,最后用宏包裹,隐藏模板调用细节。

实操时要注意:函数必须是 constexpr 才能参与常量表达式,但 __PRETTY_FUNCTION__ 不是 constexpr 上下文,所以不能直接 return;只能用宏展开成字符串字面量,再交给 constexpr 函数做后续处理(比如截取)。

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  • 定义辅助函数:template<typename t> constexpr const char* type_name_impl() { return __PRETTY_FUNCTION__; }</typename>
  • 宏封装:#define TYPE_NAME(T) []{ constexpr auto s = type_name_impl<t>(); return s; }()</t> —— 利用立即调用 lambda 强制编译期求值(GCC 12+ / Clang 14+ 支持)
  • 若需兼容老编译器,改用宏直接拼接:#define TYPE_NAME(T) "T=" #T,但这只适用于非模板类型,且不反映实例化结果
static_assert(std::string_view(TYPE_NAME(std::vector<int>)).find("vector<int>") != std::string_view::npos);

宏里调用模板函数时为何必须避免依赖 ADL 或重载解析

宏展开发生在预处理阶段,早于模板实例化和名称查找。如果宏内部写的是 get_name<t>()</t> 这种未限定调用,而 get_name 又是模板函数,预处理器根本不会管它有没有定义、是否重载,直接原样展开——等真正编译时才报错,错误位置指向宏展开后代码,极难定位。

典型现象是编译器报 "'get_name' was not declared in this scope",或更诡异的 "no matching function for call to 'get_name'",实际是因为宏展开后调用点不在任何命名空间内,ADL 失效,且未用 ::get_name 显式指定作用域。

  • 所有模板函数调用在宏中必须加作用域前缀,例如 ::detail::type_name_impl<t>()</t>
  • 禁止在宏里写 auto x = some_func<t>();</t> 后续再用 x,因为 x 类型可能无法推导(尤其涉及引用折叠时)
  • 宏参数 T 必须确保是有效类型名,TYPE_NAME(int&) 会因 & 符号破坏字符串拼接而失败

为什么这种“反射”只能用于调试和日志,不能替代真正的 RTTI

它生成的是编译期字符串字面量,不是运行时可查的类型描述符。你无法根据一个 void* 指针反查它指向什么类型,也不能做 dynamic_cast 那类安全转换——所有信息都在编译期固化,链接后就没了。

性能上看似零开销,但字符串字面量仍占 .rodata 段空间;更麻烦的是,一旦模板被多个 TU 实例化,相同类型可能产生多份重复字符串(除非启用 -fmerge-all-constants)。

  • 适用场景仅限:日志输出类型名、静态断言提示、生成测试用例名
  • 不支持继承关系判断、成员变量遍历、序列化字段列表等真正反射功能
  • 最易被忽略的一点:宏生成的字符串不含空格或换行,但 __PRETTY_FUNCTION__ 在某些复杂模板嵌套下会插入换行,导致字符串字面量非法——必须用编译器扩展(如 GCC 的 -frecord-gcc-switches)或额外预处理规避

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