Question

我正在寻找一种方法来扩展int变量的某些状态信息，这种信息很少使用，而且大部分时间只是重要的int值。这就是为什么我想避免使用带有其他布尔成员的结构。

相关的附加属性最多可以有5到6个附加属性，例如NULL，UNDEFINED，NAN，MISSING，其中只有一个属实。

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变量可以采用的另一个值。但在这种情况下，我没有更多的例外状态。
另一种选择是使用一些我不希望使用的魔术值，例如UNDEFINED = std::numeric_limits<int>::min()和MISSING = std::numeric_limits<int>::min()+1等等。

问题：有没有更好的方法（这需要最少的额外内存）？

子问题：如果我可以在编译期间判断该值是否属于例外情况，是否有一种不使用额外内存的好方法？

Answer 1

最好的替代选择不是使用整数，而是使用其他类型 - 您使用int*的建议也属于此类别。这种包装器类型当然可以使各种操作符超载以便于访问底层整数值。定义一个新类型（或利用现有的标准库类型）是最佳的内存条件，因为你可能只会将每个整数的大小加倍（例如，现在你可能有整数+枚举（由int或更小的后盾）+可能的填充）。根据您的整数大小，即使指针也可能有更多的内存开销。

如果只有少数几个整数具有额外状态，并且这些整数不会被复制或移动，那么您可以将外部状态存储在从整数标识到状态的映射中。即我们使用指向整数对象的指针作为键。对于具有额外状态的每个整数，此映射将具有比备选方案高得多的内存开销，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，因此您应该将整数包装在一个自定义类型中，以便在销毁时删除任何映射条目。大概是这样的：

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;
};

也许所有这些额外类型都是不必要的过度复杂。如果您只有一些需要额外状态的整数变量，则为状态创建单独的变量可能是最简单的。 E.g：

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

由于对齐问题，这可能会导致内存布局比定义组合的int-and-status对象更紧凑。

为状态使用特殊值是一个简单的解决方案，没有空间开销，但有一个巨大的缺点：对这些整数的任何算术都将擦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，最好将其封装在一个单独的类型中。

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，这将为所有实例化模板生成专用代码。特别是，使用status-ints的代码也必须是模板化的。如果你有很多status-ints同时具有相同的状态，这可能会减少总内存使用，但在其他情况下不太可能有用。

对于特殊情况，使用附加状态信息扩展基本类型

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