C++ 使用附加状态信息扩展基元类型以用于特殊情况

我正在寻找一种通过一些状态信息来扩展

int

变量的方法，这些状态信息很少使用，而且大多数情况下只计算int值。这就是为什么我希望避免使用带有其他布尔成员的结构

相关的附加属性最多为5到6个附加属性，例如NULL、UNDEFINED、NAN，其中只有一个可以为true

想法：

• int指针是为一个附加属性执行此操作的一种方法：nullptr是int变量可以接受的一个附加值。但在这种情况下，我不能有更多的例外状态

• 另一种选择是使用一些我不希望使用的神奇值，例如

  UNDEFINED=std:：numeric\u limits:：min（）

  和

  MISSING=std:：numeric\u limits:：min（）+1

  等等

问题：有没有更好的方法来实现这一点（需要最少的额外内存）

---

子问题：如果我能确定值是否在编译时属于例外情况，是否有一种不使用额外内存的好方法来执行此操作？

最好的替代方法不是使用int，而是使用其他类型–您建议使用的

int*

也属于这一类。当然，这种包装类型可以重载各种运算符，以便访问底层整数值。定义一个新类型（或利用现有的标准库类型）是内存的最佳条件，因为您可能只会将每个整数的大小增加一倍（例如，现在您可能有整数+枚举（由int或更小的整数支持）+可能有填充）。根据您的整数大小，即使是指针也可能有更多的内存开销

如果只有少数整数具有额外的状态，并且这些整数不会被复制或移动，那么可以将状态存储在外部，在从整数标识到状态的映射中。也就是说，我们使用指向整数对象的指针作为键。每一个具有额外状态的整数，此映射的内存开销将比其他映射高得多，但根据您的使用模式，这可能是最紧凑的解决方案。显然，这里存在内存泄漏的机会，因此您可能应该将整数封装在自定义类型中，以在销毁时删除任何映射条目。大致如下：

enum class IntStatus { IS_NAN, IS_MISSING };

class IntWithExternalStatus {
public:
  explicit IntWithExternalStatus(int x = 0) : m_value{x} {}
  explicit IntWithExternalStatus(IntStatus s) : m_value{} { s_status.insert({this, s}); }
  ~IntWithExternalStatus() { m_status.erase(this); }

  operator int& () { return m_value; }
  operator int  () const { return m_value; }
  bool is_valid() const { return s_status.find(this) == s_status.end(); }
  bool is_nan() const {
    auto it = s_status.find(this);
    return it != s_status.end() && it->second == IntStatus::IS_NAN;
  }
  bool is_missing() const {
    auto it = s_status.find(this);
    return it != s_status.end() && it->second == IntStatus::IS_MISSING;
  }
private:
  static std::unordered_map<IntWithExternalStatus const*, IntStatus> s_status;
  int m_value;
};

由于对齐问题，这可能导致内存布局比定义一个int和status组合对象更紧凑

为状态使用特殊值是一个没有空间开销的简单解决方案，但有一个巨大的缺点：对这些整数进行任何运算都会删除状态并产生虚假值。您将需要大量的运行时检查来防止这种情况，最好将其封装在单独的类型中

---

关于编译时子问题，这取决于您对内存使用的定义。例如，您可以使用模板元编程，根据编译时值选择

int

或

InvalidInt

类型，其中InvalidInt是一种空对象模式。但是，这将为所有实例化的模板生成专用代码。特别是，使用status int的代码也必须模板化。如果在同一时间有许多状态int，并且它们都具有相同的状态，这可能会减少总内存使用量，但在其他情况下不太可能有帮助。

未定义和丢失之间的区别是什么？AFAIK整数不能是NAN。要么你按照你说的做，使用魔法值，要么你需要更多的位。如果不以这种或那种方式使用更多内存，就无法存储其他信息。关于存储这些额外信息的位置/方式，有很多选项。@Mat yes，这很有意义。@NathanOliver undefined将在写入DB期间导致空值，如果程序员试图将数据存储在DB中，missing将抛出错误。您是否在寻找

std:：any

或

std:：optional

？

int m_foo;
int m_bar;
IntStatus m_foo_status;
IntStatus m_bar_status;