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問題

隨著C++語言的發(fā)展，越來越多的C++類庫都使用模板庫提供給大家使用。模板庫通常使用基于對象的設(shè)計，相比傳統(tǒng)的面向?qū)ο蟮脑O(shè)計而言，前者的每個模塊可以單獨使用，而不依賴框架。整個模板庫的框架，只是一個膠水層，讓各個組件之間按照某種協(xié)議，組合到一起，形散而神不散，發(fā)揮出強大的功能。而且模板庫非常好擴展。模板庫的擴展通常有以下三種模式：

1. 函數(shù)重載；
2. Policy Based Design， 按照框架規(guī)定好的協(xié)議導(dǎo)出指定的type，計算好特定的靜態(tài)常量和實現(xiàn)特定的函數(shù)；
3. 特化traits或者一些特定模板組件的特化；

由于前兩種方式比較簡單，還要就是沒有找到比較好的素材，鄙文暫時主要討論第三種擴展方式。在實現(xiàn)iguana的過程中，我們發(fā)現(xiàn)模板特化和宏的結(jié)合，在碰到命名空間的時候，我們一籌莫展。案例如下，

namespace client
{ struct person
    { int age; std::string name;
    };

    REFLECTION(persion, age, name);
}

	
	

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REFELCTION宏實質(zhì)上生成了一個在全局命名空間下的類模板的特化的代碼。但是由于宏是預(yù)處理階段，生成的代碼在client命名空間下。C++的語言規(guī)范不允許在一個命名空間中特化另一個命名空間的類模板，也不允許在一個命名空間下特化全局命名空間的類模板(全局的情況MSVC能編過，我是服氣的)。這里是一個參考鏈接。

那么我們庫中遇到的問題，用下列簡化的代碼給出，有興趣的讀者可以到各個編譯環(huán)境下測試。

namespace lib
{ template <typename> struct to_extend;
} template <typename> struct to_extend_global; // OK template <> struct lib::to_extend<struct foo> 
{ using type = foo;
}; // OK template <> struct to_extend_global<struct foo>
{ using type = foo;
}; namespace client
{ // Illegal template <> struct ::lib::to_extend<struct fee>
    { using type = fee;
    }; // Illegal template <> struct ::to_extend_global<struct fee>
    { using type = fee;
    };
}

	
	

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其實這個限制并不是無解，只要你保證REFLEACTION宏在全局命名空間下，就不會出錯。例如BOOST_FUSION_ADAPT_STRUCT宏，也是用相同的方法規(guī)避的。但是你會發(fā)現(xiàn)這樣對使用來說非常不便，你偶爾不得不把一個完整的命名空間的代碼block拆成兩個。我們得找另外一種方法來擴展我們的模板庫，而不受限于命名空間。

解決方案

什么樣的擴展方法，可以跨越命名空間的限制？仔細(xì)閱讀過template C++的讀者應(yīng)該不難發(fā)現(xiàn)，就是函數(shù)的ADL查找。我們用如下代碼來說明，如何利用函數(shù)的ADL查找

// 這里是你的庫類中需要擴展的組件 namespace lib
{ void to_extend(...) {}
} // 客戶處的擴展代碼 namespace client
{ struct foo {}; // 下面的代碼通常會被宏來生成 auto to_extend(foo const&)
    { struct foo_extend
        { static constexpr char const* name() { return "foo"; }
        }; return foo_extend{};
    }
} // 在庫中，可能是這樣集成組件的 namespace lib
{ constexpr char const* apply_impl(std::true_type, ...)
    { return "null";
    } template <typename T> constexpr char const* apply_impl(std::false_type, T)
    { return T::name();
    } template <typename T> constexpr char const* apply(T const& t)
    { using type = decltype(to_extend(t)); // 探測有沒有對應(yīng)的to_extend函數(shù)，ADL查找保證 using is_void = std::is_same<type, void>; return apply_impl(is_void{}, type{});
    }
} // 在client中可能是這樣使用的 namespace client
{ void some_function()
    {
        foo f; std::cout << lib::apply(f) << std::endl;
    }
}

	
	

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簡單解釋一下，下面的代碼是如何工作的。首先，函數(shù)的ADL查找，是apply函數(shù)嘗試調(diào)用to_extend的時候，不僅會查找lib命名空間下的符號，也會去查找T類型所在命名空間的符號。我們定義的to_extend函數(shù)在client命名空間下，foo類型也在client命名空間下。那么ADL查找肯定可以找到to_extend函數(shù)的符號。然后，我們沒有選擇類模板的特化，而是選擇了使用to_extend函數(shù)，返回一個它內(nèi)部定義的類型作為policy的功能。這個思想有點類似Andrei Alexandrescu大神的MDC中第11章節(jié)的Multimethod的蹦床函數(shù)，trampoline funciton. 有了這些，我們就可以在任意命名空間下來擴展我們的模板庫，當(dāng)然配合宏使用也沒有問題了。在iguana中具體實現(xiàn)的小細(xì)節(jié)，可以參考reflection.hpp里面的實現(xiàn)。