绑定元函数：接受类型和模板模板参数（接受任何东西）

Question

我正在尝试编写一个 Bind 元编程模板帮助器元函数，它将模板参数绑定到某些东西。

我有一个简单模板元函数的工作实现：

template<typename T0, typename T1>
struct MakePair
{
    using type = std::pair<T0, T1>;
};

template<template<typename...> class TF, typename... Ts>
struct Bind
{
    template<typename... TArgs>
    using type = TF<Ts..., TArgs...>;
};

using PairWithInt = typename Bind<MakePair, int>::type;
static_assert(std::is_same<PairWithInt<float>, MakePair<int, float>>{}, "");

但是如果MakePair 的模板参数是模板模板呢？还是简单的数值？

template<template<typename> class T0, template<typename> class T1>
struct MakePair0
{
    using type = /*...*/;
};

template<template<typename...> class TF, template<typename> class... Ts>
struct Bind0 { /*...*/ }

// ...

template<int T0, int T1>
struct MakePair1
{
    using type = /*...*/;
};

template<template<int...> class TF, int... Ts>
struct Bind1 { /*...*/ }

很多不必要的重复。如果模板参数在类型、模板模板和整数常量之间混合使用，则会变得难以管理。

下面的代码可以吗？

template<template<ANYTHING...> class TF, ANYTHING... Ts>
struct BindAnything
{
    template<ANYTHING... TArgs>
    using type = TF<Ts..., TArgs...>;
};

ANYTHING 将接受类型、模板模板、模板模板模板、整数值等...

Answer 1

当我进行严肃的元编程时，我会将一切变成类型。

template<class T>struct tag{using type=T;};
template<class Tag>using type_t=typename Tag::type;

template<template<class...>class> struct Z {};
template<class Z, class...Ts>
struct apply {};
template<template<class...>class z, class...ts>
struct apply< Z<z>, ts... >:
  tag< z<ts...> >
{};
template<class Z, class...Ts>
using apply_t = type_t< apply<Z, Ts...> >;

现在我们将template<?> foo 传递为Z<foo>，它现在是一个类型。

可以使用std::integral_constant<T, t>（并且更容易使用相同的别名）或template<class T, T* p> struct pointer_constant {};，将常量转换为类型来对常量执行类似的操作。

一旦一切都是一种类型，您的元编程就会变得更加统一。模板只是成为apply_t 处理事情的一种种类。

在 C++ 中没有办法让模板参数可以是类型、值或模板。所以这是你能得到的最好的。

不是为上述模式编写的模板需要被包装起来，它们的参数“提升”为类型。举个例子：

template<class T, class t>
using number_constant = std::integral_constant< T, t{} >;
using number_constant_z = Z<number_constant>;

已将其参数从值“提升”为类型，然后用 Z 包装以将其自身转变为类型。

现在绑定如下：

template<class z, class... Ts>
struct Bind {
  template<class... More>
  using type_base = apply_t< z, Ts..., More... >;
  using type = Z<type_base>;
};
template<class Z, class...Ts>
using Bind_t = type_t<Bind<Z,Ts...>>; // strip ::type
using Bind_z = Z<Bind_t>; // quote into a Z<?>

而Bind_z 是一个包装模板的类型，它返回一个包装模板，并将包装模板的类型作为其第一个参数。

使用它：

template<class...>struct types{using type=types;};
using types_z=Z<types>;

template<class...Ts>
using prefix =apply_t< Bind_z, types_z, Ts... >;
using prefix_z = Z<prefix>;

prefix_z 采用一组类型，并生成 types<?...> 的工厂，其中首先包含前缀 Ts...。

apply_t< apply_t< prefix_z, int, double, char >, std::string >

是

types< int, double, char, std::string >

live example.

还有另一种有趣的方法：在函数中进行元编程：

template<template<class...>class z, class...Ts>
constexpr auto apply_f( Z<z>, tag<Ts>... )
-> tag<z<Ts...>> { return {}; }

在这里，类型由tag<t> 类型的值表示，模板为Z<z>，值由std::integral_constant<?> 表示。

这两个：

template<class T>
constexpr tag<T> Tag = {};
template<template<class...>class z>
constexpr Z<z> Zag = {};

为您提供分别获取表示类型和模板的值的方法。

#define TYPEOF(...) type_t<decltype(__VA_ARGS__)>

是一个宏，它从tag 的实例移动到标记中的类型类型，Tag<?> 从类型移动到标记的实例。

TYPEOF( apply_f( apply_f( Zag<prefix>, Tag<int>, Tag<double>, Tag<char> ), Tag<std::string> ) )

是

apply_t< apply_t< prefix_z, int, double, char >, std::string >

很奇怪，但可能很有趣。

Answer 2

我认为您正在这里寻找quote 和map。首先，你想要一个给定“元函数类”的东西，并且一系列参数给你一个新类型：

template <typename MCls, typename... Args>
using map = typename MCls::template apply<Args...>;

正如这里的实现所暗示的，元函数类是具有名为apply 的成员别名模板的类。

为了将类模板转化为元函数类，我们引入quote：

template <template <typename...> class C>
struct quote {
    template <typename... Args>
    using apply = C<Args...>;
};

以上内容足以执行以下操作：

using T = map<quote<std::tuple>, int, char, double>;

产生类型：

std::tuple<int, char, double>

在你的例子中，我们可以这样写：

using P = map<quote<MakePair>, int, char>::type; // std::pair<int, char>

但我宁愿直接将MakePair 设为元函数类：

struct MakePair2 {
    template <typename T, typename U>
    using apply = std::pair<T, U>;
};

using P = map<MakePair2, int, char>; // also std::pair<int, char>

避免了额外的::type。

始终使用元函数（具有名为type 的成员typedef 的类型，例如map）和元函数类（具有成员的类型模板别名命名为apply，例如quote）并在整个元编程代码中仅使用这些概念。值和类模板是二等公民。