讲解消息分发的一种编译期实现法

今天讲消息分发的一种编译期实现法。

编程是一门非常依赖逻辑的学科，逻辑分为形式逻辑和非形式逻辑，编程就属于形式逻辑。形式逻辑指的是用数学的方式去抽象地分析命题，它有一套严谨的标准和公理系统，对错分明；而日常生活中使用的是非形式逻辑，它不存在标准和公理，也没有绝对的对与错。

根据哲学家大卫·休谟在《人性论》中对于观念之间连接的分类，我们能够把逻辑关系分成三大类：相似关系、因果关系、承接关系。相似关系表示两个组件结构相同，去掉其中一个组件，也只会使功能不够全面，并不会影响程序；因果关系表示两个组件之间依赖性极强，没有第一个组件，就没有第二个组件，第二个组件依赖于第一个组件；承接关系表示两个组件都是局部，只有组合起来，才能构成一个整体。

消息分发就属于因果关系，我们需要依赖 A，去执行 B，没有 A 就没有 B。同样属于因果关系的术语还有逻辑分派、模式匹配、定制点的表示方式等等，它们本质都是在描述一类东西，只是有时候侧重点不同。

条件关系也属于因果关系的范畴，是编程中逻辑最重的关系。试想没有if else，你还能写出多少程序？世界是复杂的，问题也是复杂的，因果关系必不可少。

消息分发，或称逻辑分派，就是一种简化条件关系表达方式的技术。它适用于存在大量因果的情境，此时若是使用原始的if else，则无法适应动态发展的世界。

C++ 中，最典型、也非常有用的一种方式就是采用map，因作为 key，果作为 value，因是标识符，果是回调函数。由于这种方式发生于运行期，所以也称为动态消息分发。

本文要讲的，是 C++20 才得以实现的另外一种方式，发生于编译期的静态消息分发技术。

称为消息分发，一般是在网络通信的情境下。正常情境下，程序是顺序执行的，所以完全可以使用if else来实现因果逻辑，因为组件与组件之间距离较近，属于同一模块；而网络情境下，一个组件可以瞬间跳跃到距离非常远的另一个组件，这两个组件甚至不在同一台设备上，一台设备可能在上海，另一台在北京，此时如何让这两个组件进行沟通？也就是说，A 组件里面的某个函数执行条件不满足，如何简单地跳到 B、C、D、E…… 这些组件的某个函数中去处理？这种远距离的程序因果逻辑，通过消息分发组件能够非常丝滑地表示。

消息分发的标识符一般采用字符串表示，到了 C++20 支持 string literal NTTP 才得以在编译期实现一套可用的相关组件。

因此首先，我们得实现一个 string literal 以在编译期使用。

1template<std::size_tN> 2structstring_literal{ 3//strisareferencetoanarrayNofconstantchar 4constexprstring_literal(charconst(&str)[N]){ 5std::copy_n(str,N,value); 6} 7 8charvalue[N]; 9};
通过这种方式，我们定义了编译期能够使用的字符串组件，它能够直接当作模板参数使用。
然后，定义我们的分发器。

1template 2structdispatcher{ 3template 4constexprautoexecute_if(charconst*cause)const{ 5if(C==cause)handler(); 6} 7 8constexprautoexecute(charconst*cause)const{ 9(execute_if(cause),...); 10} 11};
代码非常精简，分发器可以包含很多「因」，使用可变模板参数 Cs 进行表示。如果得到一个具体的「因」，我们需要找到对应的「果」，因此免不了遍历 Cs，借助 Fold expressions，一行代码优雅地搞定。通过 execute_if 来查找是否存在对应的「因」，也就是对比字符串是否相等，查找到则调用相应的「果」，也就是具体的处理函数 handler()。
接着，需要定义一个默认的因果，即如果没有定义相应的处理函数时，所调用的一个默认处理函数。

1//defaultimplementation 2template 3inlineconstexprautohandler=[]{std::cout<< "defaulteffect ";};
因为是模板参数，所以它能够处理所有的「因」。
通过特化，我们能够在任何地方，定义任何因果。比如：

1//opt-incustomizationpoints 2template<>inlineconstexprautohandler<"cause1">=[]{std::cout<< "customizationpointseffect1 ";}; 3template<>inlineconstexprautohandler<"cause2">=[]{std::cout<< "customizationpointseffect2 ";};
默认版本和定制版本之间是相似关系，即便不提供定制版本，也会不影响程序的功能。
由于特化更加特殊，所以决议时会首先考虑这些因果对。但是，此时有巨大的重复，我们通过宏来自动生成重复代码：

1#define_(name)template<>inlineconstexprautohandler<#name> 2 3//opt-incustomizationpoints 4_(cause1)=[]{std::cout<< "customizationpointseffect1 ";}; 5_(cause2)=[]{std::cout<< "customizationpointseffect2 ";};
现在定制起来就更加方便、简洁。 最后，具体使用。

1intmain(){ 2constexprstring_literalcause_1{"cause1"}; 3constexprdispatcher"cause2","cause3">dispatch; 4dispatch.execute(cause_1); 5dispatch.execute("cause2"); 6dispatch.execute("cause3"); 7}
相比动态消息分发，这种方式有两个巨大的优势，其一是编译期，其二是定制时可以在任何地方。动态消息分发一般需要调用 dispatch.add_handler(cause, effect)，因为是成员函数，所以限制了定制地方，必须得在对象所在模块，而静态消息分发这种全局定义特化的方式，则没有这种限制。
目前其实还存在两个问题，第一是 C == cause 并没有相应的比较操作符，第二是 dispatch.execute(cause_1) 并不能直接传递，因为 char const* 和 string_literal 毕竟不是同一种类型。可以通过添加运算符重载和隐式转换来解决：

1template<std::size_tN> 2structstring_literal{ 3//... 4 5friendbooloperator==(string_literalconst&s,charconst*cause){ 6returnstd::strncmp(s.value,cause,N)==0; 7} 8 9operatorcharconst*()const{ 10returnvalue; 11} 12 13//... 14}; 现在以上静态消息分发组件就能够正常使用了。完整的代码如下：

1template<std::size_tN> 2structstring_literal{ 3constexprstring_literal(charconst(&str)[N]){ 4std::copy_n(str,N,value); 5} 6 7friendbooloperator==(string_literalconst&s,charconst*cause){ 8returnstd::strncmp(s.value,cause,N)==0; 9} 10 11operatorcharconst*()const{ 12returnvalue; 13} 14 15charvalue[N]; 16}; 17 18//defaultimplementation 19template 20inlineconstexprautohandler=[]{std::cout<< "defaulteffect ";}; 21 22#define_(name)template<>inlineconstexprautohandler<#name> 23 24//opt-incustomizationpoints 25_(cause1)=[]{std::cout<< "customizationpointseffect1 ";}; 26_(cause2)=[]{std::cout<< "customizationpointseffect2 ";}; 27 28 29template 30structdispatcher{ 31template 32constexprautoexecute_if(charconst*cause)const{ 33if(C==cause)handler(); 34} 35 36constexprautoexecute(charconst*cause)const{ 37(execute_if(cause),...); 38} 39}; 40 41intmain(){ 42constexprstring_literalcause_1{"cause1"}; 43constexprdispatcher"cause2","cause3">dispatch; 44dispatch.execute(cause_1); 45dispatch.execute("cause2"); 46dispatch.execute("cause3"); 47}
短短数十行代码，便实现了一个威力强大的静态消息分发组件，This is modern C++。

审核编辑：汤梓红