使用新的 c++14 / c++17 功能改进可变参数模板函数

Question

我是可变参数模板的新手，但我仍然设法使用它在 c++11 中编写了一些代码，但我仍然对结果感到不满，因为它缺乏表现力。

问题是要实现一个函数，该函数接受多个bool 条件（从1 到其他）并返回一个整数代码，指示第一个“false”参数的位置，或者0 如果全部其中有true。

e.g. "error_code(true, true, true);" must return 0
e.g. "error_code(true, true, false);" must return 3
e.g. "error_code(true, false, false);" must return 2
e.g. "error_code(false, false, false);" must return 1

我当前的代码代表（coliru 的实时链接：http://coliru.stacked-crooked.com/a/1b557f2819ae9775）：

#include <tuple>
#include <iostream>

int error_impl(bool cond)
{
    return cond;
}

template<typename... Args>
int error_impl(bool cond, Args... args)
{
    return cond ? 1 + error_impl(args...) : 0;
}

template<typename... Args>
int error_code(Args... args)
{
    constexpr std::size_t size = std::tuple_size<std::tuple<Args...>>::value + 1;
    return (error_impl(args...) + 1) % size;
}

int main()
{
    auto e1 = error_code(true, true, true);
    auto e2 = error_code(true, true, false);
    auto e3 = error_code(true, false, false);
    auto e4 = error_code(false, false, false);
    std::cout << std::boolalpha;
    std::cout << "(true, true, true)==0 -> " << (e1 == 0) << "\n";
    std::cout << "(true, true, false)==3 -> " << (e2 == 3) << "\n";
    std::cout << "(true, false, false)==2 -> " << (e3 == 2)<< "\n";
    std::cout << "(false, false, false)==1 -> " << (e4 == 1)<< "\n";

    auto e5 = error_code(true, true, true, true);
    auto e6 = error_code(true, true, true, false);
    auto e7 = error_code(true, true, false, false);
    auto e8 = error_code(true, false, false, false);
    auto e9 = error_code(false, false, false, false);
    std::cout << "(true, true, true, true)==0 -> " << (e5 == 0) << "\n";
    std::cout << "(true, true, true, false)==4 -> " << (e6 == 4) << "\n";
    std::cout << "(true, true, false, false)==3 -> " << (e7 == 3) << "\n";
    std::cout << "(true, false, false, false)==2 -> " << (e8 == 2)<< "\n";
    std::cout << "(false, false, false, false)==1 -> " << (e9 == 1)<< "\n";
}

我想知道这个“error_code()”函数在哪里可以使用来自 c++14 / c++17 的新展开功能进行改进，因此它获得了表现力并且使用了少于 3 个函数。

欢迎任何帮助！

Answer 1

具有折叠功能的 C++17：

template<class... Bools>
constexpr unsigned error_code(Bools... Bs) {
    unsigned rv = 1;
    (void) ((rv += Bs, !Bs) || ...);
    return rv % (sizeof...(Bs) + 1);
}

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没有要求，所以这只是一个奖励 - 相同的想法，C++20：

constexpr unsigned error_code(auto... Bs) {
    unsigned rv = 1;
    (void) ((rv += Bs, !Bs) || ...);
    return rv % (sizeof...(Bs) + 1);
}

---

解释：

• 折叠表达式的第一部分包含由, 分隔的两部分。左边部分的结果被丢弃，这样一个表达式的结果是最右边的部分，!Bs。

  (rv += Bs, !Bs)
  

• 第二部分|| ... 是折叠（或展开）的来源。第一个表达式被重复复制/粘贴，直到包中没有更多参数。对于true, false, true，它变为：

  (rv += 1, !true) || (rv += 0, !false) || (rv += 1, !true)
  

  或

  (rv += 1, false) || (rv += 0, true) || (rv += 1, false)
  

• 短路评估开始。当内置¹ 运算符|| 在左侧有true 时，不会评估右侧。这就是为什么在此示例中只完成了rv += 1 之一。 (rv += 0, true) 停止评估，所以只评估这个：

  (rv += 1, false) || (rv += 0, true)
  

• 最后的rv % (sizeof...(Bs) + 1); 是为了处理没有找到false 值的情况，我们应该返回0。示例：

  unsigned rv = 1;
  (rv += 1, !true) || (rv += 1, !true) || (rv += 1, !true);
  
  // rv is now 4, and sizeof...(Bs) == 3, so:
  
  4 % (3 + 1) == 0
  

• 为什么是(void)？
  编译器喜欢警告他们认为未使用的表达式。精心放置的(void) 告诉它我们不在乎，所以它使编译器保持沉默。

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¹ - 这不适用于用户定义的运算符。

Answer 2

下面的(C++17)呢？

template <typename... Args>
int error_code (Args... args)
 {
   int ret = 0;
   int val = 1;

   ( (args || ret ? 0 : ret = val, ++val), ... );

   return ret;
 }

在 C++11 和 C++14 中，需要稍微（一点！）更多的打字。

template <typename... Args>
int error_code (Args... args)
 {
   using unused = int[];

   int ret = 0;
   int val = 1;

   (void)unused{ 0, (args || ret ? 0 : ret = val, ++val)... };

   return ret;
 }

Answer 3

既然你知道你的参数都将被转换为bool，最好不要使用可变参数：

inline int error_code(std::initializer_list<bool> args) {
    int index = std::find(args.begin(), args.end(), false) - args.begin();
    if (index == args.size()) return 0;
    return 1 + index;
}

// Either directly call the above `error_code({ true, true, false, ... })`
// Or if you must have a parameter pack

template<typename... Args>
int error_code(Args... args) {
    std::initializer_list<bool> v{ args... };
    int index = std::find(v.begin(), v.end(), false) - v.begin();
    if (index == sizeof...(args)) return 0;
    return index + 1;
    // If you have both functions, simply have: return error_code({ args... });
}

编译器似乎对它进行了优化，类似于您的可变参数解决方案（它甚至可以在 C++11 中使用）。

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这是一个使用 C++17 折叠表达式的更有趣的解决方案：

template<typename... Args, int... I>
int error_code_impl(Args... args, std::integer_sequence<int, I...>) {
    int result = 0;
    ([&result](bool arg){
        if (!arg) result = I + 1;
        return arg;
    }(args) && ...);
    // Can also be written without the lambda as something like:
    // ((args ? true : ((result = I + 1), false)) && ...);
    return result;  
}

template<typename... Args>
int error_code(Args... args) {
    std::make_integer_sequence<int, sizeof...(args)> indices;
    return error_code_impl<Args...>(indices, args...);
}