如何通过元编程从C++函数原型自动生成对应结构体？

假设有一个C++函数foo，其原型为：

bool foo (int a, double x, const std::vector<std::string>& v);

能否通过元编程自动创建一个结构体类型，使其成员为该函数的输入参数？例如生成等价于以下代码的结构体：

struct 
{
    int arg1; 
    double arg2; 
    std::vector<std::string> arg3;
};

我推测可通过《Modern C++ Design》中A.Alexandrescu介绍的技术实现，但想了解是否已有库提供此类‘prototype2struct’功能。

补充背景：我获取的外部foo函数原型不固定，核心需求是封装foo调用以在远程计算机执行，这需要：

• 将调用参数序列化到缓冲区
• 将缓冲区发送至远程计算机
• 在远程计算机执行调用
  我的思路是从函数原型生成对应类型，再借助序列化库完成操作。

解决方案 #

完全可以实现从函数原型自动生成参数结构体的需求，既可以通过手动模板元编程实现，也有现成的库直接支持这类功能，结合你的远程调用场景，以下是具体方案：

一、现成库实现 #

1. Boost.PFR

Boost.PFR（Plain Old Data Reflection）是专门针对无反射支持的POD类型和函数参数的反射库，它可以直接从函数类型提取参数列表，无需显式定义结构体，就能实现类似结构体的参数打包与序列化：

• 对于函数foo，可以直接将调用时的参数打包成一个元组，这个元组的类型完全对应函数的参数类型序列
• 大多数序列化库（如Boost.Serialization、Protobuf）都支持元组的序列化，因此可以直接用这个元组完成参数的序列化操作
• 如果确实需要显式的结构体类型，Boost.PFR也支持将函数参数列表映射为匿名结构体，或者通过模板生成具名结构体

示例代码思路：

#include <boost/pfr.hpp>
#include <tuple>

// 提取foo的参数类型组成元组
using FooArgsTuple = decltype(boost::pfr::tuple_from_args(foo));
// 等价于std::tuple<int, double, std::vector<std::string>>

// 打包参数
auto args = std::make_tuple(1, 3.14, std::vector<std::string>{"a", "b"});
// 直接序列化这个元组即可

2. 代码生成工具（Clang LibTooling）

如果你的外部函数原型完全不固定（编译前已知但需批量处理），可以用Clang的LibTooling工具解析C++代码的AST（抽象语法树），自动生成对应参数结构体的代码。这种方式适合批量处理大量函数原型，生成的结构体代码可直接引入项目，配合序列化库使用。

二、手动模板元编程实现 #

正如你推测的，基于《Modern C++ Design》中的类型萃取技术，可以手动实现函数参数的提取与结构体生成：

1. 用模板元函数萃取函数的返回值、参数个数、每个参数的类型
2. 借助可变参数模板展开参数类型，生成包含对应成员的结构体
3. 为生成的结构体添加序列化支持（或直接复用元组的序列化）

这种方式灵活性高但代码量较大，不如现成库成熟，适合需要高度定制的场景。

结合远程调用场景的建议 #

• 如果是编译期已知函数原型，优先使用Boost.PFR，无需手写大量元代码，直接完成参数打包与序列化
• 如果是编译前需要批量处理大量外部函数原型，用Clang LibTooling生成结构体代码更高效
• 序列化环节选择支持元组或POD类型的库，比如Boost.Serialization或FlatBuffers，配合生成的参数类型完成缓冲区的序列化与反序列化

内容的提问来源于stack exchange，提问作者abcdefg