C++11 可变参数模板 + 继承

Question

我想使用可变参数模板编写线性叠加的抽象。为此，我想定义一个基本类型，它表现出某种形式的 operator() 像这样

template <typename Result, typename... Parameters>
class Superposable {
  public:
    typedef Result result_t;
    void operator()(Result& result, const Parameters&...) const = 0;
};

然后为当前问题从它继承，例如像这样

class MyField : public Superposable<double, double, double> {
  public:
    void operator()(double& result, const double& p1, const double& p2) const {
      result = p1 + p2;
    }
};

然后我想写一个抽象基类，可以形成线性叠加，并将Superposable派生类作为模板参数来确定operator()的调用签名。我想要类似的东西

template<typename S> // where S must be inherited from Superposable
class Superposition {
  private:
    std::vector< std::shared_ptr<S> > elements;
  public:

     // This is the problem. How do I do this?
    void operator()(S::result_t& result, const S::Parameters&... parameters) const {
       for(auto p : elements){
          S::result_t r;
          p->operator()(r, parameters);
          result += r;
       }
    }
};

这是我的问题：

1. 如何从 Superposable 派生类中读取类型信息以在 Superposition 中定义我的 operator()？
2. 另外，是否有推荐的方法来强制只能使用 Superposable 派生类作为参数调用 Superposition？
3. 更好的解决方案当然是编写一个不需要 MyField 从基类派生的 Superposition 类，而是直接解析 MyField 的 operator()。我能以某种方式做到这一点吗？

感谢您的帮助！

Answer 1

首先，直接解决您的问题。

一些元编程样板：

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

一个hana风格的函数，用于提取参数的类型，可选地采用一个模板来进行提取，基于：

template<template<class...>class Z, class...Args>
constexpr types<Args...> extract_args( Z<Args...> const& ) { return {}; }

为了便于使用，将上述内容包装在 decltype 中的别名：

template<template<class...>class Z, class T>
using extract_args_from = decltype( extract_args<Z>( std::declval<T>() ) );

叠加的主模板留空，默认参数提取Superposable的类型参数：

template<class S, class Args=extract_args_from<Superposable, S>>
class Superposition;

然后是获取S 的Superposable（可能是基类）的Result 和Parameters 类型的特化：

template<class S, class Result, class...Parameters>
class Superposition< S, types<Result, Parameters...>> {

live example。顺便说一句，你错过了virtual。

---

请注意，我不赞成您的设计 - 结果应该是返回值（自然），使 () 虚拟化似乎是个坏主意（我会改用 CRTP，如果我使用类型擦除确实需要隐藏特定的实现）。

您可以删除Superposable 的正文，它可以按原样工作：

public:
  typedef Result result_t;
  void operator()(Result& result, const Parameters&...) const = 0;

至少我会推荐。

下一步就是彻底摆脱继承和推导Parameters：

class MyField {
public:
  double operator()(const double& p1, const double& p2) const {
    return p1 + p2;
  }
};
template<typename S> // where S must be inherited from Superposable
class Superposition {
  private:
    std::vector< std::shared_ptr<S> > elements;
public:

  template<class...Parameters,
    class R=std::result_of_t<S&(Parameters const&...)>
  >
  R operator()(const Parameters&... parameters) const {
    R ret = {};
    for(auto p : elements){
      ret += (*p)(parameters...);
    }
    return ret;
  }
};

它具有完美转发的所有缺点，但也具有所有优点。

std::result_of_t<?> 是 C++14，但在 C++11 中将其替换为 typename std::result_of<?>::type 作为插件。

Answer 2

template <typename Result, typename... Parameters>
class Superposable
{
public:
    using result_t = Result;
    using params_t = std::tuple<Parameters...>;

    virtual void operator()(Result& result, const Parameters&...) const = 0;
};

class MyField : public Superposable<double, double, double>
{
public:
    void operator()(double& result, const double& p1, const double& p2) const
    {
        result = p1 + p2;
    }
};

template <typename, typename>
class Superposition_impl;

template <typename S, std::size_t... Is>
class Superposition_impl<S, std::index_sequence<Is...>>
{
    static_assert(std::is_base_of<Superposable<typename S::result_t, typename std::tuple_element<Is, typename S::params_t>::type...>, S>::value, "!");

public:
    std::vector<std::shared_ptr<S>> elements;

    void operator()(typename S::result_t& result, const typename std::tuple_element<Is, typename S::params_t>::type&... parameters) const
    {
        for (auto p : elements)
        {
            typename S::result_t r;
            (*p)(r, parameters...);
            result += r;
        }
    }
};

template <typename S>
using Superposition = Superposition_impl<S, std::make_index_sequence<std::tuple_size<typename S::params_t>::value>>;

DEMO