如何反转可变参数模板函数的参数顺序

How to reverse the order of arguments of a variadic template function?

本文关键字:参数 函数 顺序 变参 何反转      更新时间:2023-10-16

我有一个模板函数可变参数模板参数,像这样

template<typename Args...>
void ascendingPrint(Args... args) { /* ... */ }

我想写

template<typename Args...>
void descendingPrint(Args... args) {
  /* implementation using ascendingPrint()? */
}

如何在传递参数包 args 之前反转参数包的顺序,即在伪代码中:

template<typename Args...>
void descendingPrint(Args... args) {
  ascendingPrint( reverse(args) );
}

总体方法和用法


总体方法包括将参数打包到引用std::tuple中,利用std::forward_as_tuple()完美转发机制。

这意味着,在运行时,您应该产生非常小的开销,并且没有不必要的复制/移动操作。此外,该框架不使用递归(除了编译时递归,这对于生成索引是不可避免的),因此即使在编译器无法内联递归函数调用的情况下,也没有运行时开销的风险(无论如何都不太可能,所以这更像是一个学术论点)。

此外,此解决方案是通用的,因为您可以将其用作仅头文件库,以最小的努力使用反向参数调用函数:descending_print()应该只是ascending_print()周围的最小的薄包装

应该是这样的:

MAKE_REVERT_CALLABLE(ascending_print)
template<typename... Args>
void descending_print(Args&&... args)
{
    revert_call(REVERT_ADAPTER(ascending_print), std::forward<Args>(args)...);
} 

下面是实现的演示。


第一步:恢复类型序列


下面是恢复类型序列的简单方法:
#include <tuple>
#include <type_traits>
template<typename, typename>
struct append_to_type_seq { };
template<typename T, typename... Ts>
struct append_to_type_seq<T, std::tuple<Ts...>>
{
    using type = std::tuple<Ts..., T>;
};
template<typename... Ts>
struct revert_type_seq
{
    using type = std::tuple<>;
};
template<typename T, typename... Ts>
struct revert_type_seq<T, Ts...>
{
    using type = typename append_to_type_seq<
        T,
        typename revert_type_seq<Ts...>::type
        >::type;
};

一个小测试程序:

int main()
{
    static_assert(
        std::is_same<
            revert_type_seq<char, int, bool>::type,
            std::tuple<bool, int, char>
            >::value,
        "Error"
        );
}

和一个实例。


第二步:还原元组

下一步包括恢复元组。给定通常的索引欺骗机制:

template <int... Is>
struct index_list { };
namespace detail
{
    template <int MIN, int N, int... Is>
    struct range_builder;
    template <int MIN, int... Is>
    struct range_builder<MIN, MIN, Is...>
    {
        typedef index_list<Is...> type;
    };
    template <int MIN, int N, int... Is>
    struct range_builder : public range_builder<MIN, N - 1, N - 1, Is...>
    { };
}
template<int MIN, int MAX>
using index_range = typename detail::range_builder<MIN, MAX>::type;

与上面定义的函数一起,元组可以很容易地以这种方式恢复:

template<typename... Args, int... Is>
typename revert_type_seq<Args...>::type
revert_tuple(std::tuple<Args...> t, index_list<Is...>)
{
    using reverted_tuple = typename revert_type_seq<Args...>::type;
    // Forwarding machinery that handles both lvalues and rvalues...
    auto rt = std::forward_as_tuple(
            std::forward<
                typename std::conditional<
                    std::is_lvalue_reference<
                        typename std::tuple_element<Is, reverted_tuple>::type
                        >::value,
                    typename std::tuple_element<Is, reverted_tuple>::type,
                    typename std::remove_reference<
                        typename std::tuple_element<Is, reverted_tuple>::type
                        >::type
                    >::type
                >(std::get<sizeof...(Args) - Is - 1>(t))...
        );
    return rt;
}
template<typename... Args>
typename revert_type_seq<Args...>::type
revert_tuple(std::tuple<Args...> t)
{
    return revert_tuple(t, index_range<0, sizeof...(Args)>());
}
下面是一个简单的测试程序:
#include <iostream>
int main()
{
    std::tuple<int, int, char> t(42, 1729, 'c');
    auto rt = revert_tuple(t);
    std::cout << std::get<0>(rt) << " "; // Prints c
    std::cout << std::get<1>(rt) << " "; // Prints 1729
    std::cout << std::get<2>(rt) << " "; // Prints 42
}

下面是一个实例。


第三步:返回函数的实参


最后一步是在调用目标函数时解包元组。下面是另一个通用实用程序,可以节省几行代码:

template<typename... Args>
typename revert_type_seq<Args...>::type
make_revert(Args&&... args)
{
    auto t = std::forward_as_tuple(std::forward<Args>(args)...);
    return revert_tuple(t);
}

上面的函数创建了一个元组,其元素是所提供的实参,但顺序相反。我们还没有准备好定义目标:

template<typename T>
void ascending_print(T&& t)
{
    std::cout << std::forward<T>(t) << " ";
}
template<typename T, typename... Args>
void ascending_print(T&& t, Args&&... args)
{
    ascending_print(std::forward<T>(t));
    ascending_print(std::forward<Args>(args)...);
}

上面的函数打印提供的所有参数。下面是我们如何编写descending_print():

template<typename T, int... Is>
void call_ascending_print(T&& t, index_list<Is...>)
{
    ascending_print(std::get<Is>(std::forward<T>(t))...);
}
template<typename... Args>
void descending_print(Args&&... args) {
    call_ascending_print(make_revert(std::forward<Args>(args)...),
         index_range<0, sizeof...(Args)>());
}

又是一个简单的测试用例:

int main()
{
    ascending_print(42, 3.14, "Hello, World!");
    std::cout << std::endl;
    descending_print(42, 3.14, "Hello, World!");
}

当然还有一个活生生的例子


最后一步:简化


上面的解决方案可能不容易理解,但可以使使用变得很简单,并且非常灵活。给定两个泛型函数:
template<typename F, typename... Args, int... Is>
void revert_call(F&& f, index_list<Is...>, Args&&... args)
{
    auto rt = make_revert(std::forward<Args>(args)...);
    f(std::get<Is>(rt)...);
}
template<typename F, typename... Args>
void revert_call(F&& f, Args&&... args)
{
    revert_call(f, index_range<0, sizeof...(Args)>(), 
                std::forward<Args>(args)...);
}

和一些宏定义(对不起,我找不到为函数模板创建重载集的方法):

#define MAKE_REVERT_CALLABLE(func) 
    struct revert_caller_ ## func 
    { 
        template<typename... Args> void operator () (Args&&... args) 
        { func(std::forward<Args>(args)...); } 
    };
#define REVERT_ADAPTER(func) 
    revert_caller_ ## func()

任何函数都能很容易地以相反的顺序调用参数

MAKE_REVERT_CALLABLE(ascending_print)
template<typename... Args>
void descending_print(Args&&... args)
{
    revert_call(REVERT_ADAPTER(ascending_print), std::forward<Args>(args)...);
}
int main()
{
    ascending_print(42, 3.14, "Hello, World!");
    std::cout << std::endl;
    descending_print(42, 3.14, "Hello, World!");
}

最后,像往常一样,一个活生生的例子

我认为,而不是颠倒参数,你可以颠倒你的逻辑!例如,反转对实参的操作。

template <typename T>
void ascendingPrint(const T& x)
{
    cout << x << " ";
}
template<typename T, typename ... Args>
void ascendingPrint(const T& t, Args... args)
{
    ascendingPrint(t);                   // First print `t`
    ascendingPrint(args...);             // Then print others `args...`
}
template <typename T>
void descendingPrint(const T& x)
{
    cout << x << " ";
}
template<typename T, typename ... Args>
void descendingPrint(const T& t, Args... args)
{
    descendingPrint(args...);            // First print others `args...`
    descendingPrint(t);                  // Then print `t`
}

int main()
{
    ascendingPrint(1, 2, 3, 4);
    cout << endl;
    descendingPrint(1, 2, 3, 4);
}

输出
1 2 3 4 
4 3 2 1 

这是我在注释中提到的简单方法:反向生成索引并使用它解压缩元组。

// reversed indices...
template<unsigned... Is> struct seq{ using type = seq; };
template<unsigned I, unsigned... Is>
struct rgen_seq : rgen_seq<I-1, Is..., I-1>{};
template<unsigned... Is>
struct rgen_seq<0, Is...> : seq<Is...>{};
#include <tuple>
namespace aux{
template<class Tup, unsigned... Is>
void descending_print(Tup&& t, seq<Is...>)
{
    ascending_print(std::get<Is>(std::forward<Tup>(t))...);
}
} // aux::
template<class... Args>
void descending_print(Args&&... args)
{
    auto t = std::forward_as_tuple(std::forward<Args>(args)...);
    aux::descending_print(t, rgen_seq<sizeof...(Args)>{});
}

生活例子。

这是一个专门化revert<>递归实现:

// forward decl
template<class ...Tn>
struct revert;
// recursion anchor
template<>
struct revert<>
{
    template<class ...Un>
    static void apply(Un const&... un)
    {
        ascendingPrint(un...);
    }
};
// recursion
template<class T, class ...Tn>
struct revert<T, Tn...> 
{
    template<class ...Un>
    static void apply(T const& t, Tn const&... tn, Un const&... un)
    {
        // bubble 1st parameter backwards
        revert<Tn...>::apply(tn..., t, un...);
    }
};
// using recursive function
template<class A, class ...An>
void descendingPrint(A const& a, An const&... an)
{
    revert<An...>::apply(an..., a);
}

它与gcc-4.6/7/8clang一起工作,并且可能符合标准—唯一困难的部分是revert<Tn...>::apply(tn..., t, un...)的调用。

虽然它有缺点(递归经常有),它生成大量的目标函数的模板实例化(代码膨胀),并且不使用完美转发,这可能是一个问题(但可能可以改进使用它)。

这可以使用c++ 17折表达式和一个从右向左顺序执行的小技巧来完成。

#include <iostream>
template< typename T> void print(T&& val) { std::cout << val; }
template< typename ... Types > void descendingPrint(Types&&... vals) {
    int tmps = 0;
    ((print(vals), tmps) = ...);
}
int main() {
    descendingPrint(1, ' ', 2, ' ', 3);
    return 0;
}

我的解决方案支持完美转发,不涉及递归:

#include <iostream>
#include <utility>
#include <tuple>
#include <cstdlib>
template< typename ...types >
void
ascendingPrint(types &&... _values)
{
    (std::cout << ... << std::forward< types >(_values)) << std::endl;
}
template< typename ...types, std::size_t ...indices >
void
descendingPrintHelper(std::tuple< types... > const & refs, std::index_sequence< indices... >)
{
    constexpr std::size_t back_index = sizeof...(indices) - 1;
    return ascendingPrint(std::forward< std::tuple_element_t< back_index - indices, std::tuple< types... > > >(std::get< back_index - indices >(refs))...);
}
template< typename ...types >
void
descendingPrint(types &&... _values)
{
    auto const refs = std::forward_as_tuple(std::forward< types >(_values)...);
    return descendingPrintHelper(refs, std::make_index_sequence< sizeof...(types) >{});
}
int
main()
{
    ascendingPrint(1, ' ', 2, ' ', 3);
    descendingPrint(1, ' ', 2, ' ', 3);
    return EXIT_SUCCESS;
}

实例(或更简单)。

现代编译器也可以完美地优化掉所有不必要的东西:https://godbolt.org/g/01Qf6w