参考开源项目实现一个简易的C++枚举转字符串的函数

2023-05-16

文章目录

前言
改造
函数使用
各函数的作用
总结

前言

前段时间接触了 magic_enum 这个开源库，代码量不算太多，是一个但头文件的枚举操作库，关于如何使用还写了一篇总结《推荐一个C++枚举转字符串的开源项目magic_enum》，当时觉得这个库很棒，但是对于我当前枚举转化字符串的需求还说还是太臃肿了，所以决定改造一下，这不今天过来填坑了。

改造

一开始还没太理解开源库的原理，认为原来的实现限制太大，为了实现后面字符串转枚举，获取所有枚举名等需求，不得不限定一个枚举的范围，这个范围在 magic_enum 这个开源库中是 [-128, 128]，所以当我开始改造时打算把这个范围去掉，但是当我真正弄懂它的原理后，才发现这个范围是必须指定的，不然无法在编译期预处理，从而达到枚举值转换成字符串的目的。

认识到这一点以后，我也不再纠结范围的限制，设定了一个 [0, 31] 的常用枚举范围，相比于原来 [-128, 128] 的范围缩小了不少，这样能加快编译的速度，参考这个开源库和一些网络上关于这个库的讲解，我也实现了一个功能单一的简洁的枚举转字符串的函数 Enum2String，大约70行代码，使用起来还是比较方便的。

#include <array>
#include <string>
#include <utility>
#include <string_view>

template <typename E, E V>
constexpr auto PrettyName()
{
    std::string_view name{__PRETTY_FUNCTION__, sizeof(__PRETTY_FUNCTION__) - 2};
    name.remove_prefix(name.find_last_of(" ") + 1);
    if (name.front() == '(') name.remove_prefix(name.size());
    return name;
}

template <typename E, E V>
constexpr bool IsValidEnum()
{
    return !PrettyName<E, V>().empty();
}

template <int... Seq>
constexpr auto MakeIntegerSequence(std::integer_sequence<int, Seq...>)
{
    return std::integer_sequence<int, (Seq)...>();
}

constexpr auto NormalIntegerSequence = MakeIntegerSequence(std::make_integer_sequence<int, 32>());

template <typename E, int... Seq>
constexpr size_t GetEnumSize(std::integer_sequence<int, Seq...>)
{
    constexpr std::array<bool, sizeof...(Seq)> valid{IsValidEnum<E, static_cast<E>(Seq)>()...};
    constexpr std::size_t count = [](decltype((valid)) v) constexpr noexcept->std::size_t
    {
        auto cnt = std::size_t{0};
        for (auto b : v) if (b) ++cnt;
        return cnt;
    }(valid);
    return count;
}

template <typename E, int... Seq>
constexpr auto GetAllValidValues(std::integer_sequence<int, Seq...>)
{
    constexpr std::size_t count = sizeof...(Seq);
    constexpr std::array<bool, count> valid{IsValidEnum<E, static_cast<E>(Seq)>()...};
    constexpr std::array<int, count> seq{Seq...};
    std::array<int, GetEnumSize<E>(NormalIntegerSequence)> values{};

    for (std::size_t i = 0, v = 0; i < count; ++i) if (valid[i]) values[v++] = seq[i];
    return values;
}

template <typename E, int... Seq>
constexpr auto GetAllValidNames(std::integer_sequence<int, Seq...>)
{
    constexpr std::array<std::string_view, sizeof...(Seq)> names{PrettyName<E, static_cast<E>(Seq)>()...};
    std::array<std::string_view, GetEnumSize<E>(NormalIntegerSequence)> validNames{};

    for (std::size_t i = 0, v = 0; i < names.size(); ++i) if (!names[i].empty()) validNames[v++] = names[i];
    return validNames;
}

template <typename E>
constexpr std::string_view Enum2String(E V)
{
    constexpr auto names = GetAllValidNames<E>(NormalIntegerSequence);
    constexpr auto values = GetAllValidValues<E>(NormalIntegerSequence);
    constexpr auto size = GetEnumSize<E>(NormalIntegerSequence);

    for (size_t i = 0; i < size; ++i) if (static_cast<int>(V) == values[i]) return names[i];
    return std::to_string(static_cast<int>(V));
}

函数使用

这个Enum2String函数使用也非常方便，直接把枚举变量作为参数传进去就可以了:

#include "myenum.h"
#include <iostream>

enum class Color
{
    RED,
    GREEN,
    BLUE,
};

int main()
{
    Color c = Color::BLUE;
    std::cout << Enum2String(c) << std::endl;

    return 0;
}

编译运行后的结果为：

$ g++ enumtest.cpp -std=c++17 && ./a.out
Color::BLUE

各函数的作用

前面提到过，我这个库还是参考 magic_enum 这个开源库的源码及网上对它的讲解来实现的，只不过精简了大部分我用不到的内容，仅实现了我想要的枚举转字符串的功能，并且大部分都在编译器求值，仅 Enum2String 函数中遍历的部分只能在运行时才能计算求得，所以效率还算不错，各个模板函数作用明确，下面简单描述下：

template <typename E, E V>
constexpr auto PrettyName()
{
    std::string_view name{__PRETTY_FUNCTION__, sizeof(__PRETTY_FUNCTION__) - 2};
    name.remove_prefix(name.find_last_of(" ") + 1);
    if (name.front() == '(') name.remove_prefix(name.size());
    return name;
}

PrettyName() 函数是利用 __PRETTY_FUNCTION__ 这个宏来截取最终我们想要的字符串，如果不做处理，__PRETTY_FUNCTION__ 的值会是这样：

constexpr auto PrettyName() [with E = Color; E V = Color::BLUE]

靠近结尾的 Color::BLUE 正是我们想要得到的字符串，所以我们可以按照自己的需要把它截取出来。

template <typename E, E V>
constexpr bool IsValidEnum()
{
    return !PrettyName<E, V>().empty();
}

IsValidEnum() 函数是用于判断一个枚举名字是否有效，如果截取的最终名字为空，则认为此枚举无效。

template <int... Seq>
constexpr auto MakeIntegerSequence(std::integer_sequence<int, Seq...>)
{
    return std::integer_sequence<int, (Seq)...>();
}

constexpr auto NormalIntegerSequence = MakeIntegerSequence(std::make_integer_sequence<int, 32>());

MakeIntegerSequence() 用于生成一个范围是 [0, 32) 的整数数列。

template <typename E, int... Seq>
constexpr size_t GetEnumSize(std::integer_sequence<int, Seq...>)
{
    constexpr std::array<bool, sizeof...(Seq)> valid{IsValidEnum<E, static_cast<E>(Seq)>()...};
    constexpr std::size_t count = [](decltype((valid)) v) constexpr noexcept->std::size_t
    {
        auto cnt = std::size_t{0};
        for (auto b : v) if (b) ++cnt;
        return cnt;
    }(valid);
    return count;
}

GetEnumSize() 用于遍历数列范围内的各个整数，找出有效的枚举有多少个。

template <typename E, int... Seq>
constexpr auto GetAllValidValues(std::integer_sequence<int, Seq...>)
{
    constexpr std::size_t count = sizeof...(Seq);
    constexpr std::array<bool, count> valid{IsValidEnum<E, static_cast<E>(Seq)>()...};
    constexpr std::array<int, count> seq{Seq...};
    std::array<int, GetEnumSize<E>(NormalIntegerSequence)> values{};

    for (std::size_t i = 0, v = 0; i < count; ++i) if (valid[i]) values[v++] = seq[i];
    return values;
}

GetAllValidValues() 用于遍历数列范围内各个整数，找出全部有效枚举值，返回包含有效值的数组。

template <typename E, int... Seq>
constexpr auto GetAllValidNames(std::integer_sequence<int, Seq...>)
{
    constexpr std::array<std::string_view, sizeof...(Seq)> names{PrettyName<E, static_cast<E>(Seq)>()...};
    std::array<std::string_view, GetEnumSize<E>(NormalIntegerSequence)> validNames{};

    for (std::size_t i = 0, v = 0; i < names.size(); ++i) if (!names[i].empty()) validNames[v++] = names[i];
    return validNames;
}

GetAllValidNames() 用于遍历数列范围内各个整数，找出全部有效枚举值的名字，返回包含这些名字的数组。

template <typename E>
constexpr std::string_view Enum2String(E V)
{
    constexpr auto names = GetAllValidNames<E>(NormalIntegerSequence);
    constexpr auto values = GetAllValidValues<E>(NormalIntegerSequence);
    constexpr auto size = GetEnumSize<E>(NormalIntegerSequence);

    for (size_t i = 0; i < size; ++i) if (static_cast<int>(V) == values[i]) return names[i];
    return std::to_string(static_cast<int>(V));
}

Enum2String() 用于从编译期生成的数组中遍历寻找枚举值等于参数的枚举值名字，如果枚举值无效或者超出范围就范围对应的整数字符串。

总结

magic_enum 是个很不错的库，但他相对于我的需求来说显得太大了
根据自己的需求改造开源库，一方面巩固了知识，另一方面也更适合自己的要求
constexpr 这个东东可以在编译期求值，后面可以多花点时间研究一下

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