c++任意類型Any類的實現

　　在java或c#中，Object類型對象可以指向任意類型的變量，因為所有的類默認都從Object類繼承。但是在c++中，沒有類似Object類這樣的類型，而很多時候，為了設計出通用的程序，往往需要類似於Object類型作為參數或者返回值。例如，在另一篇文章《c++實現反射類》中就用到了可以指向任意類型的Any類。

　　在c或者c++中，可以指向任意類型的關鍵字就是無符號類型void*，任何一個對象都可以使用void*來指向。例如以下類：

class A {
 private：
  int a；
};

class B {
 private：
  char b;
};
 
int i = 10；
A a；
B b；
void* tmp = &i;
tmp = &a;
tmp = &b;

上述程序不會有任何問題，如果是這樣，是否還需要Any類型呢？void*是否可以解決一切問題？我們繼續往下看，

void* any = &a;
B* b = (B*)any;

這里，首先將類型A的變量賦值給any，然后又將any賦值給類型B的變量，而且毫無問題，編譯器不會給出任何警告，如果你非常不幸的話，程序毫無問題的運行，直到某一天在關鍵時刻整個系統崩潰。看來，void*實在是太萬能，以至於對它執行任意操作都不會有問題。很顯然，這種使用方式極其不安全。另外，因為void*是指針，所指向的對象如果已經被釋放，再使用any時就會出現問題，這種情況下，需要重新new一個相同的對象，使用any指向new的對象，不過這樣的話需要自己管理指針，使用起來會非常麻煩。因此，我們另想辦法來實現Any類型而不使用void*。

　　 首先，如果可以接受任意類型的數據，Any類首要的一個特性就是與類型無關。在c++中，想做到類型無關，第一選擇必是使用模板。而且我們希望這樣使用Any類型：

Any any(string("test"));
Any any(10);
A a;
Any any = a;

上述使用方式中，要求在定義Any類型時，不會顯式指定Any類型，這樣的話，Any就不能定義成一個模板類，因此符合上述使用要求的Any類的定義大致如下：

template<typename ValueType>
Any(ValueType value) {
    content_ = value;  // content_是Any類成員，保存數據副本
}

  template<typename ValueType>

  Any& operator=(ValueType value) {

    Any(value).Swap(*this);

    return *this;

  }

需要注意的是，=的重載為什么不使用content_ = value，有兩個原因：

1. 如果ValueType是Any類型，會陷入函數調用無窮遞歸；
2. 如果content_里面包含需要釋放的資源，直接賦值的話，之前的資源不會釋放；

因此，寫成如上形式，使用一個臨時對象保存參數值，在執行完Swap語句后，臨時對象會被銷毀，參數值通過臨時對象交換到this指針指向的對象，this指向對象被交換到臨時對象中，隨着臨時對象的銷毀，this指向對象之前擁有的資源也會被回收或者釋放。使用這種方式很方便地完成賦值操作。

有了以上兩個函數，就可以這樣使用：

A a;
Any any(a);
Any any(10);
Any any = new A;

Any any;
any = a;

　　這樣，通過使用函數模板，Any類型可以接受任意類型的變量。到這里，又有另外一個問題，Any中的content_應該定義成什么類型。在我們看來，content_同樣可以接受任意類型變量，那么content_也應該定義成Any類型，但是這樣會陷入定義無窮遞歸。如何避免這種情況在c++中經常遇到，就是定義content_為Any類型指針。但是單純一個指針無法保存指向對象的數據，因此，需要再新建一個類似Any類型的類，這個類專門負責保存Any類型指向對象的數據副本。因為需要保存任意類型的數據，可以將其定義為模板類：

template<typename ValueType>
class Holder {
 private:
  ValueType held_;
};

類Holder可以保存任意類型的數據，不過在使用Holder類時，需要顯示指定模板參數，如下：

holder<int> i_holder;
holder<string> str_holder;

然而Any類中content_變量在定義時沒有顯示指定類型，因為Any不是模板類，沒有模板類型參數傳遞給content_。為了解決這種情況，再定義一個Holder的基類，如下：

class PlaceHolder {
public:
  virtual ~PlaceHoder() {}
};

template<typename ValueType>
class Holder : public PlaceHolder {
 public:
  Holder(const ValueType& value) : held(value) {}
 private:
  ValueType held_;
};

定義完Holder基類PlaceHolder，就可以將Any類中的content_定義成PlaceHolder類指針類型了， 現在，Any類基本框架已經搭建完，目前Any類如下：

class Any {
 public:
  Any() : content_(NULL) {}
  template<typename ValueType>
  Any(const ValueType& value) : content_(new Holder<ValueType>(value)) {
  }
  ~Any() {
    delete content_;
  }

 private:
  PlaceHolder* content_;
}；

但是，這里還有一個問題（謝謝壯壯熊的提示），那就是如果這樣使用：

Any a(1);
Any b(a);

程序就會掛掉，因為b變量保存的是Any類型，即content_是Any類型，b在調用析構函數時調用delete content_語句，該語句又會調用content_的析構函數，因為這里的content_是Any類型，所以Any析構函數就陷入無窮遞歸調用。因此，這里，需要定義Any另外一個接受Any類型參數的構造函數：

Any(const Any& other) : content_(other.content_ ? other.content_->clone() : NULL) {}

// Holder中的clone函數
virtual PlaceHoder* clone() const {
  return new Holder(held_);
}

 

然而，畢竟Any類型只是作為中間媒介來保存和傳遞數據，最終還是需要將Any轉換成相應類型的對象，因此必須定義如下函數：

template<typename ValueType>
ValueType* any_cast() {
  if (content == NULL)
    return NULL;
  else
    return static_cast<holder<ValueType> *>(content_)->held_;
}

到這里，Any類基本功能就已經具備了。但是，這時的Any類也存在上面void*提到的問題，即沒有類型檢查，可以將Any類型轉換成任意類型。在c++中，有個高級的功能就是運行時類型識別（RTTI），其中可以使用typeid操作符獲得指針或引用所指對象的實際類型，因此，在進行類型轉換時可以比較Any中存儲的類型是否與轉換的類型符合，如果不符合則轉換失敗打印日志，如果符合則轉換成功，這里可以根據具體應用來控制轉換結果。

 

本文中需要注意學習的知識點：

1. 模板編程；
2. =重載實現；
3. 模板類繼承；
4. 臨時對象的使用；
5. 類型識別以及類型轉換；

注：

本文的Any類借鑒boost中Any的實現，對其實現過程進行了剖析，文中程序只是樣例，如果使用的話請直接使用boost中的Any類。