在c++中使用脚本语言在运行时创建新的类/成员

我已经断断续续地研究这个问题好几个月了，现在我想真正想出一个合适的解决方案，来处理在c++ 11项目运行时使用成员函数/属性创建新的用户定义类(以及这些类的实例)的情况。

到目前为止，我一直在使用SWIG(以前使用Python，现在使用Lua，探索Squirrel)。就像我迄今为止遇到的所有c++绑定/嵌入库(Luna*， luabinder, luabind, OOLua, Sqrat/Sqext, Squall)一样，它们都希望在代码执行之前在c++中预定义类，因为它们要么依赖预处理器指令，要么依赖模板。

所以我的问题是，有没有一些库使用更程序化的方法来包装语言，或者有一些很好的教程/例子，比如Lua或Squirrel，有人会推荐用于处理带有自定义成员和函数的自定义命名类的创建?如果能给点指导，我将不胜感激。

即使只是一个很好的例子，展示如何在Lua, Squirrel中通过各自的c++ api创建带有函数和属性的自定义类，而不使用宏/模板/动态生成代码，也会非常有帮助。

编辑:我已经创建了一个Instance类，其中包含成员键/值对的std::vector，以及标识类型的成员，以便可以查找函数。但是，关于在Lua/Squirrel中不使用静态代码创建简单类的文档很少。

编辑2:我想要一个解决方案，在任何平台上工作，而不必动态链接。

创建一个从现有c++类派生的类是将一个新类引入运行中的c++程序的唯一方法(据我所知)。由于没有动态编译实际的c++源代码并加载结果库，因此无法物理地添加新类。下一个最好的方法是在c++中创建一个代理对象来包装Python (Lua等)对象，并使该Python (Lua)对象成为一个类的实例，该类扩展了镜像到Python (Lua)端的现有c++类。

        C++
     +---------+         mirrors                   +--------------+
     | class X |  ...............................> | class X      |
     +---------+                                   | mirrored to  |
          |                                        | Python       |
          | inherits                               +--------------+
          v                                      inherits  |
     +-----------------+                                   v
     | class X_Wrapper |        references         +--------------+
     |    | python obj ------------------------->  | class CX(X): |
     +-----------------+                           |    def met() |
                                                   +--------------+

下面是一个用Python扩展c++类的例子，使用boost:: Python作为桥接。

c++:

#include <boost/python.hpp>
#include <iostream>
using namespace boost::python;
// this is the interface we will implement in Python
struct World
{
    virtual std::string greet() = 0;
    virtual ~World() {}
};
// this is a helper class needed to access Python-overrided methods
struct WorldWrap : World, wrapper<World>
{
    std::string greet()
    {
        return this->get_override("greet")();
    }
};
// This function tests our class implemented in Python
std::string test(World* w)
{
    std::cout << "Calling w->greet() on some World-derived objectn";
    return w->greet();
}
// This is what the Python side will see
BOOST_PYTHON_MODULE(hello)
{
    class_<WorldWrap, boost::noncopyable>("World")
            .def("greet", pure_virtual(&World::greet));
    def("test", test);
}

Python的一面:

import hello

class HomeWorld(hello.World):
    """ Implements a function defined in C++ as pure virtual """
    def greet(self):
        return "howdy"
home = HomeWorld()
print (hello.test(home))

考虑以下Lua multimap的例子。

Multimap = {};
function Multimap:__index(key)
    if (key == 'keys') then
        local ret = {}
        for k,_ in pairs(self) do
            ret[#ret+1] = k;
        end
        return ret;
    else
        return rawget(getmetatable(self), key)
    end
end
function Multimap.Create()
    local self = {};
    setmetatable(self, Multimap);
    return self;
end
function Multimap:Insert(key, value)
    local list = self[key];
    if (list == nil) then
        list = {};
        self[key] = list;
    end
    table.insert(list, value);
end
function Multimap:Remove(key, value)
    local list = self[key];
    assert(list ~= nil, "key not found");
    for i = 1,#list do
        if (list[i] == value) then
            table.remove(list, i);
            if (#list == 0) then
                self[key] = nil;
            end
            return;
        end
    end
    error("value not found");
end

-- testing
m = Multimap.Create()
m:Insert(1,5)
m:Insert(2,6)
m:Insert(3,7)
m:Insert(1,8)
m:Remove(2,6)
print(pcall(function() 
    m:Remove(2,6)   -- will produce assert exception
end))
print("keys left: ", table.concat(m.keys, ','))

在c++中有几种方法可以实现。

使用大量Lua API。下面的代码几乎与Lua完全相同。

#include <Lua/src/lua.hpp>
int Multimap_Index(lua_State* L) {
    lua_settop(L, 2);       // force 2 arguments
    const char *key_value = "key";
    size_t key_len;
    const char *key = lua_tolstring(L, 2, &key_len);
    if (!strncmp(key, key_value, strlen(key_value))) {
        int i = 0;
        lua_newtable(L);                // stack : self, key, ret = {}
        int ret = lua_gettop(L);
        lua_pushnil(L);                 // stack : self, key, ret, nil
        while (lua_next(L, 1) != 0) {   // stack : self, key, ret, k, v
            lua_pop(L, 1);              // stack : self, key, ret, k
            lua_len(L, ret);            // stack : self, key, ret, k, #ret
            lua_pushvalue(L, -2);       // stack : self, key, ret, k, #ret, k
            lua_rawseti(L, ret, lua_tointeger(L, -2)+1); // ret[#ret+1] = k ; || stack : self, key, ret, k, #ret
            lua_pop(L, 1);              // stack : self, key, ret, k
        }
        // stack : self, key, ret
        return 1;
    }
    else {
        lua_getmetatable(L, 1);     // stack : self, key, metatable(self)
        lua_pushvalue(L, 2);        // stack : self, key, metatable(self), key
        lua_rawget(L, -2);          // stack : self, key, metatable(self), rawget(metatable(self), key)
        return 1;
    }
}
int Multimap_Remove(lua_State* L) {
    lua_settop(L, 3);               // force 3 arguments: self, key, value
    lua_checkstack(L, 12);          // reserve 12 arguments on stack (just in case)
    lua_pushvalue(L, 2);            // stack: self, key, value, key
    lua_gettable(L, 1);             // stack: self, key, value, list = self[key]
    if (lua_isnil(L, -1))
        luaL_error(L, "key not found");
    lua_len(L, -1);                 // stack: self, key, value, list, #list
    int count = lua_tointeger(L, -1);
    lua_pop(L, 1);                  // stack: self, key, value, list
    for (int i = 1; i <= count; ++i) {
        lua_rawgeti(L, -1, i);      // stack: self, key, value, list, v = list[i]
        if (lua_compare(L, 3, 5, LUA_OPEQ)) {   // if (list[i] == value)
            lua_getglobal(L, "table");      // stack : self, key, value, list, v, table
            lua_getfield(L, -1, "remove");  // stack : self, key, value, list, v, table, table.remove
            lua_pushvalue(L, 4);
            lua_pushinteger(L, i);          // stack : self, key, value, list, v, table, table.remove, list, i
            lua_call(L, 2, 0);              // table.remove(list, i); || stack : self, key, value, list, v, table
            lua_pushnil(L);
            if (lua_next(L, 4) == 0) {      // if list is empty table
                lua_pushvalue(L, 2);
                lua_pushnil(L);
                lua_settable(L, 1);         // self[key] = nil
            }
            return 0;
        }
    }
    luaL_error(L, "value not found");
}
int main() {
    auto L = luaL_newstate();
    luaL_openlibs(L);
    lua_newtable(L);
    int Multimap = lua_gettop(L);           // Multimap = {}
    lua_pushvalue(L, Multimap);
    lua_setglobal(L, "Multimap");           // _G.Multimap = Multimap;
    // option 1: create a C function for operation
    // Multimap.__index = &Multimap_Index
    lua_pushcfunction(L, Multimap_Index);
    lua_setfield(L, Multimap, "__index");
    // option 2: compile Lua code and use it
    luaL_loadstring(L,
        "local self = {};n"
        "setmetatable(self, Multimap);n"
        "return self;n"
    );
    lua_setfield(L, Multimap, "Create");    // Multimap.Create = &Multimap_Create
    luaL_loadstring(L,
        "local self, key, value = ...;n"   // initialize local variables from parameters here
        "local list = self[key];n"
        "if (list == nil) thenn"
        "   list = {};n"
        "   self[key] = list;n"
        "endn"
        "table.insert(list, value);n"
    );
    lua_setfield(L, Multimap, "Insert");    // Multimap.Create = &Multimap_Insert
    lua_pushcfunction(L, Multimap_Remove);
    lua_setfield(L, Multimap, "Remove");    // Multimap.Create = &Multimap_Remove
    lua_getfield(L, Multimap, "Create");
    lua_call(L, 0, 1);
    int m = lua_gettop(L);
    lua_getfield(L, m, "Insert");           // stack : m, m.insert
    int Insert = lua_gettop(L);
    // m.Insert(m, 1, 5)
    lua_pushvalue(L, Insert);
    lua_pushvalue(L, m);
    lua_pushinteger(L, 1);
    lua_pushinteger(L, 5);
    lua_call(L, 3, 0);
    // m.Insert(m, 2, 6)
    lua_pushvalue(L, Insert);
    lua_pushvalue(L, m);
    lua_pushinteger(L, 2);
    lua_pushinteger(L, 6);
    lua_call(L, 3, 0);
    // m.Insert(m, 3, 7)
    lua_pushvalue(L, Insert);
    lua_pushvalue(L, m);
    lua_pushinteger(L, 3);
    lua_pushinteger(L, 7);
    lua_call(L, 3, 0);
    // m.Insert(m, 1, 8)
    lua_pushvalue(L, Insert);
    lua_pushvalue(L, m);
    lua_pushinteger(L, 1);
    lua_pushinteger(L, 8);
    lua_call(L, 3, 0);
    // m.Remove(m, 2, 6)
    lua_getfield(L, m, "Remove");
    lua_pushvalue(L, m);
    lua_pushinteger(L, 2);
    lua_pushinteger(L, 6);
    lua_call(L, 3, 0);
    // m.Remove(m, 2, 6)
    lua_getfield(L, m, "Remove");
    lua_pushvalue(L, m);
    lua_pushinteger(L, 2);
    lua_pushinteger(L, 6);
    lua_pcall(L, 3, 0, 0);
    printf("%sn", lua_tostring(L, -1));
    lua_getglobal(L, "table");
    lua_getfield(L, -1, "concat");
    lua_getfield(L, m, "keys");
    lua_pushstring(L, ",");
    lua_call(L, 2, 1);
    printf("keys left: %sn", lua_tostring(L, -1));
    lua_close(L);
    return 0;
}

或者你可以使用使用std::multimap的Lua userdata(我需要另外一个小时来实现这个，所以问你是否真的需要——这与你的问题无关)

免责声明:我发表这篇文章作为回答，因为我没有足够的声望积分来添加评论。

注释:撇开与特定脚本语言绑定的问题，似乎您正面临C++语言的基本限制:它不是"动态的"(如其他评论所指出的)。也就是说，该语言不提供任何扩展或修改已编译程序的功能。

也许不是所有的希望都失去了。在网上搜索"c++动态加载"，可以发现一些系统(如Linux和Windows)似乎确实实现了动态加载机制。

这里有两篇关于这个话题的(旧)文章的链接。

Linux上c++的动态类加载在Linux Journal.
Dr.Dobb's中的动态加载c++对象

乍一看它们似乎很有趣。但我不确定它们是否仍然相关。

这只是瞎猜。

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