考不上三本也能懂系列——實現C++型別系統
你現在所閱讀的並不是第一篇文章，你可能想看目錄和前言。
這個標題有點大。當然我根本就沒打算要跟你們介紹C++的型別系統是怎麼一回事，我只想簡單介紹一下如何來用資料結構表達C++的型別系統，讓計算進行地更高效。不過在這裡先說一點題外話。我們都知道，int[1][2][3]是一個數組。C#的陣列是沒有尺寸的，所以它只能表達成int[][][]或者int[,,]。那麼如果我們給C#的陣列加上尺寸，那C++的int[1][2][3]在C#裡面應該怎麼寫呢？
答案很簡單：要麼寫成int[1,2,3]，要麼寫成int[3][2][1]。至於為什麼，你們可以在拉尿的時候花10秒鐘思考一下，沒想出來的都不及格，趕緊改行（逃
本來我想寫《 考不上三本也能懂系列——處理宣告（二） 》的，但是我發現在模板還沒做出來之前，剩下的內容太少了，寫不成一篇文章，所以以後再寫。
今天要講的內容其實都在 ofollow,noindex">這裡 。C++的程式從頭跑到尾需要識別很多型別，我們需要用資料結構來表達他們。顯而易見地，型別是一棵樹。為了讓編譯的時間縮短，我們在建立、銷燬、比較型別的時候，都要儘可能快。於是今天我介紹一種簡單的做法。
在這裡假設我們只有int、指標和陣列三種類型。我的編譯器會忽略陣列的尺寸，因為為了code index搞constexpr的展開實在是划不來，乾脆不做了，int[1]和int[2]我都看成是同一個型別。
為了讓程式設計更愉快，我們定製介面的時候要遵循一種實用的態度，也就是這個介面使用起來必須容易，而且我們還不能為了容易使用而扭曲設計。因此最後我選擇了下面的一種做法：
enum class TypeEnum { Int, Pointer, Array, }; struct IType { virtual TypeEnum GetType() = 0; virtual IType* GetElement() = 0; // Pointer和Array有用，Int呼叫它直接崩潰 virtual IType* PointerOf() = 0; // 建立這個型別的指標型別，下同 virtual IType* ArrayOf() = 0; }; struct ITypeSystem { static shared_ptr<ITypeSystem> Create(); virtual GetInt() = 0; };
使用的時候很簡單。加入我們需要表達int*(*)[]，這是一個int的指標的陣列的指標，我們只需要這麼做：
IType* GetComplexType(shared_ptr<ITypeSystem> tsys) { return tsys->GetInt()->PointerOf()->ArrayOf()->PointerOf(); } // Assert(GetComplexType(fuck) == GetComplexType(fuck)); // Assert(GetComplexType(fuck)->GetElement()->GetElement() == fuck->GetInt()->PointerOf());
在這裡shared_ptr<ITypeSystem>是一個共享的物件，呼叫這個函式就可以得到int*(*)[]的資料結構的表達。為了滿足上面所說的要求，呼叫兩次GetComplexType必須返回的是同一個指標，因此比較兩個型別是否相等就超級容易了，直接比較指標就好了，快的一筆。而且這還特別節省記憶體。那到底要怎麼實現呢？其實非常簡單，我們在每個型別裡面都快取下來它的指標和陣列的型別就好了：
struct Base : IType { IType* pointerOf = nullptr; IType* arrayOf = nullptr; IType* PointerOf() override { if (!pointerOf) { pointerOf = MakeType<Pointer>(this); } return pointerOf; } // ArrayOf 同上 }; struct Int : Base { TypeEnum GetType()override { return TypeEnum::Int; } IType* GetElement()override { throw "Fuck!"; } }; struct Pointer : Base { TypeEnum GetType()override { return TypeEnum::Pointer; } IType* GetElement()override { return element; } // MakeType<Pointer>(傳進來的) }; struct Array : Base { TypeEnum GetType()override { return TypeEnum::Array ; } IType* GetElement()override { return element; } };
MakeType函式，就是跟ITypeSystem的實現要求從記憶體池裡面構造一個那樣的物件出來。剩下來的事情就很簡單了。型別建立之後是不用釋放的，編譯器跑完了之後只要把ITypeSystem一刪，全部東西都灰飛煙滅，記憶體絕對不可能洩露。這個事情做起來就很方便了。我們有Int、Pointer和Array三個型別，分別製作三個連結串列，每個連結串列有譬如說1024個節點。一開始只是一段記憶體，然後你就可以在需要的時候placement new一個出來，然後順手counter++。如果滿了就弄下一個節點接著來。釋放的時候很容易，每個節點呼叫夠placement delete之後直接幹掉。這也是STL實現vector等容器的原理，是每一個C++程式設計師都應該熟練掌握的技巧。這部分的程式碼在 這裡 。
今天的內容比較簡單。接下來還有一些有趣的內容，譬如說如何確保我們的編譯器在做一些型別運算的結果（譬如說a+b）的時候，跟VC++保持完全一致，並且test case寫出來還要嚴格遵守Don't Repeat Yourself的原則。還有譬如說，定義二元運算表示式的語法都是左遞迴的，我們要怎樣才能把這麼多的左遞迴全部做在一個迴圈裡。還有很多其他的細節都是很有意思的，接下來會給大家一一介紹。