【问题标题】:How to reverse the order of arguments of a variadic template function?如何反转可变参数模板函数的参数顺序?
【发布时间】:2013-04-01 00:31:17
【问题描述】:

我有一个带有 varargs 模板参数模板函数,像这样

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

我想写

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

如何在传递之前颠倒 parameter-pack args 的顺序,即在伪代码中:

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

【问题讨论】:

  • This one 可能有用!
  • @Aschratt 我看到了,我认为那里的问题标题具有误导性。
  • 扩展成一个元组并以相反的顺序生成索引将是一种相对简单的方法,尽管这会导致构建元组的开销。
  • @towi:对不起,您没有找到解决方案,但我认为该示例可以满足您的要求:typename Mapped_scope_deep&lt;T0, T1, T2, T3&gt;::type 需要写成typename Mapped_scope_deep&lt;T3, T2, T1, T0&gt;::type
  • @Xeo 好主意,比如reverse tuple in c++

标签: c++ templates c++11 variadic-templates variadic-functions


【解决方案1】:

总体方法和用法


总体方法包括将参数打包到引用std::tuple,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 compile-time 递归,这对于生成索引是不可避免的),因此即使编译器无法内联递归函数调用(无论如何这不太可能,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的库,以使用反向参数和最小的努力来调用您的函数:descending_print() 应该只是一个最小的瘦包装器ascending_print()附近。

它应该是这样的:

MAKE_REVERT_CALLABLE(ascending_print)

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

下面是实现的介绍。


第一步:恢复类型序列


这里有一个简单的恢复类型序列的方法:

#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"
        );
}

还有一个live example


第二步:还原元组


下一步是还原一个元组。鉴于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,元组可以通过这种方式轻松恢复:

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)>());
}

这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
}

这是live example


第三步:恢复函数的参数


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

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,其元素是提供的参数,但顺序相反。我们还没有准备好定义我们的目标:

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)...);
}

上述函数打印所有提供的参数。下面是我们如何写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live example


最后一步:简化


上述解决方案可能理解起来并不简单,但使用可以变得简单,并且非常灵活。给定几个通用函数:

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)...);
}

还有几个宏定义(我找不到为函数模板创建重载集的方法,抱歉):

#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()

调整 any 函数以用相反的顺序调用参数变得非常容易:

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!");
}

像往常一样,总结一下live example

【讨论】:

  • “我找不到为函数模板创建重载集的方法”——好吧,我亲爱的朋友,有this!无论如何,希望在 C++14 中。 :)
  • @Xeo:我真的希望我们能拥有它!
  • 虽然我确实喜欢您的目标,即保持descending_print 的实现简单而没有太多样板代码,但如果确实需要这种复杂性,则必须研究其他解决方案。虽然,我喜欢MAKE_REVERT_CALLABLE-idea,这是我从未想过的(除了它是一个宏,smile)我需要了解为什么需要它。
  • @towi: 宏是必要的,因为没有办法(还没有!)将函数模板的名称(在本例中为 ascending_print())作为参数传递给 revert_call(),因为函数模板的名称表示整个重载集。请注意,如果ascending_print()不是模板重载函数,则不需要宏。
  • @AndyProwl 是的,我了解宏观的必要性,我查找了 N3617。通过“使恢复可调用”的方式是我所想不到的。我认为,与其他解决方案相比,您的解决方案使用 完美转发,因此在一般情况下应该更有效?你觉得@Alex revert/apply怎么样?
【解决方案2】:

我认为你可以颠倒你的逻辑,而不是颠倒论点!例如反转参数的操作。

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`
}

然后

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

输出

1 2 3 4 
4 3 2 1 

【讨论】:

  • 我喜欢这个……它更容易阅读。 :) 不过,我有点担心递归。有没有什么希望模板可以扩展为迭代的,或者至少是尾递归的?
  • @cHao - 为什么,你真的有多少论据?数百?
  • @BoPersson:我更想知道模板的潜在爆炸性。模板的每个实例都会为其 args 的子集实例化一个版本。如果编译器不承诺内联,传递十几个参数可能会创建十几个不同的函数。或者这不是一个真正的问题?
  • 我也喜欢。我有点担心代码重复。尽管在几乎所有情况下都应该直接逆向实施,但它引入了重要的重复。
  • +1 提醒大家,概括并不总是最好的选择 :-)
【解决方案3】:

这是我在 cmets 中提到的简单方法:反向生成索引并用它解包一个元组。

// 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)>{});
}

Live example.

【讨论】:

  • 漂亮,你被AndyProwl提拔了。我也给你一个 +1 -- 但我不得不承认我需要他的解释才能完全理解你的代码。
  • @towi:也许this 有帮助?
【解决方案4】:

这是一个专门的revert&lt;&gt;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);
}

它适用于 gcc-4.6/7/8clang 并且可能符合标准 -- 唯一困难的部分是调用revert&lt;Tn...&gt;::apply(tn..., t, un...).

虽然它有缺点(递归经常有),它会生成大量目标函数的模板实例化(代码膨胀)并且不使用完美转发,这可能是个问题(但也许可以改进以使用它)。

【讨论】:

  • 很漂亮,看起来像 Haskell 到 TMP /smile/ 的直译。 out 这看起来很简单。为什么说“适用于 gcc 4.8”?你不认为它的标准吗?我不明白为什么没有。您是否担心apply 的多个参数包?据我记得 function-templates can 有不止一个 parameter-pack -- 只有 class-templates不能。留下apply(tn..., t, un...) 和编译器是否可以正确展开所有参数的问题。 “通过示例证明”(gcc)似乎应该如此,但标准也这么说吗?
  • @towi 谢谢!我认为这是标准 C++,但 gcc 4.8 是我测试过的唯一编译器。 Here 是稍作修改的版本。适用于 gcc 4.6/7/8 和 clang,但不适用于 Intel 编译器。
  • 我接受了你的回答,支持非递归的,因为我自己喜欢递归,这个版本对我来说是最容易理解的。但这是一个艰难的选择:我敦促读者也阅读其他答案AndyPowlXeo,(也许还有 cmets)——它们可能有您需要的好处。如果您不需要通用解决方案,M-M 也有道理。
  • 我认为这里值得一提的是,我们总是在这种递归情况下强制内联,这会带来显着的性能提升,即使是轻微优化。
  • 我知道这是吹毛求疵,但“revert”与“reverse”的含义不同。我提到是因为我认为这可能是一种过度矫正;您可能认为从技术上讲“revert”是“reverse”的动词形式。但是“reverse”作为动词是正确的(实际上这就是它最常用的方式)。
【解决方案5】:

我的方案支持完美转发,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;
}

Live example (or even simplier)。

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

【讨论】:

  • 需要注意的是,折叠表达式是 C++1z 的特性,索引工具是 C++14。前者可以用C++11模拟,后者可以用C++11实现。
  • @dyp 还有constant evaluation for non-type template arguments这个特性,不知道是不是C++11/4/z。
  • 非类型模板参数的不断评估是什么意思?甚至 C++03 也允许使用常量表达式作为非类型模板参数。
  • 啊,注意它说 for all 非类型模板参数。我之前的陈述太笼统了。自 C++03 起,对于整数/枚举类型的非类型模板参数,允许使用常量表达式。直到并包括 C++14,对非类型模板参数有限制,例如指针类型。见stackoverflow.com/q/15885399
【解决方案6】:

这可以使用 C++17 折叠表达式和一个从右到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;
}

【讨论】:

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