类型擦除技术

^{（使用类型擦除，我的意思是隐藏有关某个类的某些或所有类型信息，有点像Boost.Any。）}
我想掌握类型擦除技术，同时还要分享我所知道的那些技术。我的希望是找到一些在他/她最黑暗的时刻想到的疯狂技术。:)

我知道，第一个也是最常见的方法是虚函数。只需在基于接口的类层次结构中隐藏类的实现即可。许多Boost库都执行此操作，例如Boost.Any执行此操作以隐藏您的类型，Boost.Shared_ptr执行此操作以隐藏（取消）分配机制。

然后是带有指向模板化函数的函数指针的选项，同时将实际对象保留在void*指针中，例如Boost.Function确实隐藏了仿函数的真实类型。在问题的末尾可以找到示例实现。

那么，对于我的实际问题：
您还知道其他什么类型的擦除技术？请为他们提供示例代码，用例，您的使用经验以及可能的链接，以供进一步阅读。

编辑
（因为我不确定是否可以将其添加为答案，或者只是编辑问题，所以我会做得更安全。）
另一种很好的技巧是在没有虚函数或void*摆弄的情况下隐藏事物的实际类型。一个GMan在这里雇用了一个人，这与我对它到底是如何工作的问题有关。

示例代码：

#include <iostream>
#include <string>

// NOTE: The class name indicates the underlying type erasure technique

// this behaves like the Boost.Any type w.r.t. implementation details
class Any_Virtual{
        struct holder_base{
                virtual ~holder_base(){}
                virtual holder_base* clone() const = 0;
        };

        template<class T>
        struct holder : holder_base{
                holder()
                        : held_()
                {}

                holder(T const& t)
                        : held_(t)
                {}

                virtual ~holder(){
                }

                virtual holder_base* clone() const {
                        return new holder<T>(*this);
                }

                T held_;
        };

public:
        Any_Virtual()
                : storage_(0)
        {}

        Any_Virtual(Any_Virtual const& other)
                : storage_(other.storage_->clone())
        {}

        template<class T>
        Any_Virtual(T const& t)
                : storage_(new holder<T>(t))
        {}

        ~Any_Virtual(){
                Clear();
        }

        Any_Virtual& operator=(Any_Virtual const& other){
                Clear();
                storage_ = other.storage_->clone();
                return *this;
        }

        template<class T>
        Any_Virtual& operator=(T const& t){
                Clear();
                storage_ = new holder<T>(t);
                return *this;
        }

        void Clear(){
                if(storage_)
                        delete storage_;
        }

        template<class T>
        T& As(){
                return static_cast<holder<T>*>(storage_)->held_;
        }

private:
        holder_base* storage_;
};

// the following demonstrates the use of void pointers 
// and function pointers to templated operate functions
// to safely hide the type

enum Operation{
        CopyTag,
        DeleteTag
};

template<class T>
void Operate(void*const& in, void*& out, Operation op){
        switch(op){
        case CopyTag:
                out = new T(*static_cast<T*>(in));
                return;
        case DeleteTag:
                delete static_cast<T*>(out);
        }
}

class Any_VoidPtr{
public:
        Any_VoidPtr()
                : object_(0)
                , operate_(0)
        {}

        Any_VoidPtr(Any_VoidPtr const& other)
                : object_(0)
                , operate_(other.operate_)
        {
                if(other.object_)
                        operate_(other.object_, object_, CopyTag);
        }

        template<class T>
        Any_VoidPtr(T const& t)
                : object_(new T(t))
                , operate_(&Operate<T>)
        {}

        ~Any_VoidPtr(){
                Clear();
        }

        Any_VoidPtr& operator=(Any_VoidPtr const& other){
                Clear();
                operate_ = other.operate_;
                operate_(other.object_, object_, CopyTag);
                return *this;
        }

        template<class T>
        Any_VoidPtr& operator=(T const& t){
                Clear();
                object_ = new T(t);
                operate_ = &Operate<T>;
                return *this;
        }

        void Clear(){
                if(object_)
                        operate_(0,object_,DeleteTag);
                object_ = 0;
        }

        template<class T>
        T& As(){
                return *static_cast<T*>(object_);
        }

private:
        typedef void (*OperateFunc)(void*const&,void*&,Operation);

        void* object_;
        OperateFunc operate_;
};

int main(){
        Any_Virtual a = 6;
        std::cout << a.As<int>() << std::endl;

        a = std::string("oh hi!");
        std::cout << a.As<std::string>() << std::endl;

        Any_Virtual av2 = a;

        Any_VoidPtr a2 = 42;
        std::cout << a2.As<int>() << std::endl;

        Any_VoidPtr a3 = a.As<std::string>();
        a2 = a3;
        a2.As<std::string>() += " - again!";
        std::cout << "a2: " << a2.As<std::string>() << std::endl;
        std::cout << "a3: " << a3.As<std::string>() << std::endl;

        a3 = a;
        a3.As<Any_Virtual>().As<std::string>() += " - and yet again!!";
        std::cout << "a: " << a.As<std::string>() << std::endl;
        std::cout << "a3->a: " << a3.As<Any_Virtual>().As<std::string>() << std::endl;

        std::cin.get();
}

C ++中的所有类型擦除技术都是通过函数指针（用于行为）和void*（用于数据）来完成的。“不同”方法的不同之处仅在于它们添加语义糖的方式不同。虚拟功能，例如，对于

struct Class {
    struct vtable {
        void (*dtor)(Class*);
        void (*func)(Class*,double);
    } * vtbl
};

iow：函数指针。

就是说，有一种我特别喜欢的技术：这shared_ptr<void>仅仅是因为它使那些不知道您可以执行此操作的人大吃一惊：您可以将任何数据存储在中shared_ptr<void>，并且仍然在调用正确的析构函数最后，因为shared_ptr构造函数是函数模板，并且默认情况下将使用传递的实际对象的类型来创建删除器：

{
    const shared_ptr<void> sp( new A );
} // calls A::~A() here

当然，这只是通常的void*/ function-pointer类型擦除，但打包起来非常方便。

从根本上讲，这些是您的选择：虚拟函数或函数指针。

存储数据并将其与功能关联的方式可能会有所不同。例如，您可以存储指向基础的指针，并让派生类包含数据和虚函数实现，或者您可以将数据存储在其他地方（例如，在单独分配的缓冲区中），而只是让派生类提供虚拟函数实现，该实现void*指向数据。如果将数据存储在单独的缓冲区中，则可以使用函数指针而不是虚拟函数。

在这种情况下，即使要单独存储数据，也要对类型擦除的数据进行多种操作，存储指向基础的指针也能很好地工作。否则，您将获得多个函数指针（每个类型擦除的函数一个），或带有指定执行操作的参数的函数。

我还将考虑（类似于void*）“原始存储”的使用：char buffer[N]。

在C ++ 0x中，您需要这样做std::aligned_storage<Size,Align>::type。

您可以在其中存储任何想要的东西，只要它足够小并且可以正确处理对齐方式即可。

Stroustrup在C ++编程语言（第4版）第25.3节中指出：

使用多种类型的值的单个欠时表示并依靠（静态）类型系统以确保仅根据声明的类型使用它们的技术的变体称为类型擦除。

特别是，如果我们使用模板，则不需要使用虚拟函数或函数指针来执行类型擦除。在其他答案中已经提到的根据存储在a中的类型进行正确的析构函数调用的情况std::shared_ptr<void>就是一个例子。

Stroustrup的书中提供的示例同样令人愉快。

考虑实现template<class T> class Vector，一个遵循的容器std::vector。当您Vector经常使用很多不同的指针类型时，编译器可能会为每种指针类型生成不同的代码。

通过为指针定义Vector的特殊化，然后将该特殊化用作所有其他类型的通用基本实现，可以避免这种代码膨胀：void*Vector<T*>T

template<typename T>
class Vector<T*> : private Vector<void*>{
// all the dirty work is done once in the base class only 
public:
    // ...
    // static type system ensures that a reference of right type is returned
    T*& operator[](size_t i) { return reinterpret_cast<T*&>(Vector<void*>::operator[](i)); }
};

正如你所看到的，我们有一个强类型的容器，但是Vector<Animal*>，Vector<Dog*>，Vector<Cat*>，...，将共享相同的（C ++ 和二进制）实现代码，有他们的指针类型删除后面void*。

请参阅本系列文章，以获取（相当简短的）类型擦除技术列表以及有关权衡的讨论： 第一部分， 第二部分， 第三部分， 第四部分。

我还没有提到的是Adobe.Poly和Boost.Variant，它们在某种程度上可以视为类型擦除。

如Marc所述，可以使用cast std::shared_ptr<void>。例如，将类型存储在函数指针中，进行强制转换并将其存储在仅一种类型的函子中：

#include <iostream>
#include <memory>
#include <functional>

using voidFun = void(*)(std::shared_ptr<void>);

template<typename T>
void fun(std::shared_ptr<T> t)
{
    std::cout << *t << std::endl;
}

int main()
{
    std::function<void(std::shared_ptr<void>)> call;

    call = reinterpret_cast<voidFun>(fun<std::string>);
    call(std::make_shared<std::string>("Hi there!"));

    call = reinterpret_cast<voidFun>(fun<int>);
    call(std::make_shared<int>(33));

    call = reinterpret_cast<voidFun>(fun<char>);
    call(std::make_shared<int>(33));


    // Output:,
    // Hi there!
    // 33
    // !
}