C++在编译时将整数转换为字符串

Question

我想做这样的事情：

template<int N>
char* foo() {
  // return a compile-time string containing N, equivalent to doing
  // ostringstream ostr; 
  // ostr << N;
  // return ostr.str().c_str();
}

看起来 boost MPL 库可能允许这样做，但我真的不知道如何使用它来完成这个任务。这可能吗？

Answer 1

首先，如果通常您在运行时知道该数字，则可以轻松构建相同的字符串。也就是说，如果您的程序中有 12，则也可以有 "12"。

预处理器宏还可以向参数添加引号，因此您可以编写：

#define STRINGIFICATOR(X) #X

这样，每当您编写 STRINGIFICATOR(2) 时，它都会生成“2”。

然而，它实际上可以在没有宏的情况下完成（使用编译时元编程）。这并不简单，因此我无法给出确切的代码，但我可以为您提供有关如何执行此操作的想法：

1. 使用要转换的数字编写递归模板。模板将递归直到基本情况，即数字小于 10。
2. 在每次迭代中，您可以按照 TED 的建议将 N%10 数字转换为字符，和使用mpl::string 构建附加该字符的编译时字符串。
3. 您最终将构建一个 mpl::string，它具有静态 value() 字符串。

我花时间将其作为个人练习来实施。最后还不错：

#include <iostream>
#include <boost/mpl/string.hpp>

using namespace boost;

// Recursive case
template <bool b, unsigned N>
struct int_to_string2
{
        typedef typename mpl::push_back<
                typename int_to_string2< N < 10, N/10>::type
                                         , mpl::char_<'0' + N%10>
                                         >::type type;
};

// Base case
template <>
struct int_to_string2<true,0>
{
        typedef mpl::string<> type;
};


template <unsigned N>
struct int_to_string
{
        typedef typename mpl::c_str<typename int_to_string2< N < 10 , N>::type>::type type;
};

int
main (void)
{
        std::cout << int_to_string<1099>::type::value << std::endl;
        return 0;
}

Answer 2

我知道这个问题已经有几年了，但我想要一个使用纯 C++11 的解决方案，没有 boost 依赖。所以这里是一些代码（借鉴了这个不同问题的答案的想法）：

/* IMPLEMENTATION */

/* calculate absolute value */
constexpr int abs_val (int x)
    { return x < 0 ? -x : x; }

/* calculate number of digits needed, including minus sign */
constexpr int num_digits (int x)
    { return x < 0 ? 1 + num_digits (-x) : x < 10 ? 1 : 1 + num_digits (x / 10); }

/* metaprogramming string type: each different string is a unique type */
template<char... args>
struct metastring {
    const char data[sizeof... (args)] = {args...};
};

/* recursive number-printing template, general case (for three or more digits) */
template<int size, int x, char... args>
struct numeric_builder {
    typedef typename numeric_builder<size - 1, x / 10, '0' + abs_val (x) % 10, args...>::type type;
};

/* special case for two digits; minus sign is handled here */
template<int x, char... args>
struct numeric_builder<2, x, args...> {
    typedef metastring<x < 0 ? '-' : '0' + x / 10, '0' + abs_val (x) % 10, args...> type;
};

/* special case for one digit (positive numbers only) */
template<int x, char... args>
struct numeric_builder<1, x, args...> {
    typedef metastring<'0' + x, args...> type;
};

/* convenience wrapper for numeric_builder */
template<int x>
class numeric_string
{
private:
    /* generate a unique string type representing this number */
    typedef typename numeric_builder<num_digits (x), x, '\0'>::type type;

    /* declare a static string of that type (instantiated later at file scope) */
    static constexpr type value {};

public:
    /* returns a pointer to the instantiated string */
    static constexpr const char * get ()
        { return value.data; }
};

/* instantiate numeric_string::value as needed for different numbers */
template<int x>
constexpr typename numeric_string<x>::type numeric_string<x>::value;

/* SAMPLE USAGE */

#include <stdio.h>

/* exponentiate a number, just for fun */
static constexpr int exponent (int x, int e)
    { return e ? x * exponent (x, e - 1) : 1; }

/* test a few sample numbers */
static constexpr const char * five = numeric_string<5>::get ();
static constexpr const char * one_ten = numeric_string<110>::get ();
static constexpr const char * minus_thirty = numeric_string<-30>::get ();

/* works for any constant integer, including constexpr calculations */
static constexpr const char * eight_cubed = numeric_string<exponent (8, 3)>::get ();

int main (void)
{
    printf ("five = %s\n", five);
    printf ("one ten = %s\n", one_ten);
    printf ("minus thirty = %s\n", minus_thirty);
    printf ("eight cubed = %s\n", eight_cubed);

    return 0;
}

输出：

five = 5
one ten = 110
minus thirty = -30
eight cubed = 512

Answer 3

这可以使用 C++14 来完成，无需任何外部依赖项。该标准的关键补充是能够拥有重要的 constexpr 构造函数，从而允许将功能包含在简单的类中。

给定一个整数模板参数，构造函数可以执行整数到字符串的转换。它存储在成员字符缓冲区中，其大小由附加的 constexpr 函数确定。然后，用户定义的转换提供对缓冲区的访问：

#include <cstdint>

template<std::intmax_t N>
class to_string_t {

    constexpr static auto buflen() noexcept {
        unsigned int len = N > 0 ? 1 : 2;
        for (auto n = N; n; len++, n /= 10);
        return len;
    }

    char buf[buflen()] = {};

public:
    constexpr to_string_t() noexcept {
        auto ptr = buf + buflen();
        *--ptr = '\0';

        if (N != 0) {
            for (auto n = N; n; n /= 10)
                *--ptr = "0123456789"[(N < 0 ? -1 : 1) * (n % 10)];
            if (N < 0)
                *--ptr = '-';
        } else {
            buf[0] = '0';
        }
    }

    constexpr operator const char *() const { return buf; }
};

最后，变量模板（另一个 C++14 添加）简化了语法：

template<std::intmax_t N>
constexpr to_string_t<N> to_string;

puts(to_string<62017>); // prints "62017"

功能可以扩展以支持其他基数（例如十六进制）、宽字符类型和通用容器接口；我已将所有内容打包到一个标头中，并将其放在 GitHub 上 tcsullivan/constexpr-to-string 。

使用 C++20，还可以扩展以支持浮点数。浮点文字需要一个容器类型，以前不能作为模板参数。有关实现，请参阅 GitHub 存储库中的 f_to_string.hpp 标头。

Answer 4

也许我错过了一些东西，但这应该很简单：

 #define NUM(x) #x

不幸的是，这不适用于非类型模板参数。

Answer 5

我见过的一个技巧是在你知道你永远不会有 0..9 范围之外的数字的情况下完成的，如下所示：

return '0' + N;< /code>

乍一看，这是令人恼火的限制。然而，令我惊讶的是这种情况出现了多少次。

哦，我知道这会返回一个 char 而不是 std::string。这是一个特点。 string 不是一种内置的语言类型，因此无法在编译时创建它。

Answer 6

另一个有用的选项：

template <int i, bool gTen>
struct UintToStrImpl
{
   UintToStrImpl<i / 10, (i > 99)> c;
   const char c0 = '0' + i % 10;
};

template <int i>
struct UintToStrImpl <i, false> 
{ 
   const char c0 = '0' + i; 
};

template <int i, bool sign>
struct IntToStrImpl
{
   UintToStrImpl<i, (i > 9)> num_;
};

template <int i>
struct IntToStrImpl <i, false>
{
   const char sign = '-';
   UintToStrImpl<-i, (-i > 9)> num_;
};

template <int i>
struct IntToStr
{
   IntToStrImpl<i, (i >= 0)> num_;
   const char end = '\0';
   const char* str = (char*)this;
};

std::cout << IntToStr<-15450>().str;