在 std::function 上递归应用 std::bind 的问题

2024-01-12

给定一个函数f(x, y, z)我们可以绑定x到 0,得到一个函数g(y, z) == f(0, y, z)。我们可以继续这样做并得到h() = f(0, 1, 2).

在 C++ 语法中,这将是

#include <functional>
#include <iostream>

void foo(int a, long b, short c)
{
    std::cout << a << b << c << std::endl;
}

int main()
{
    std::function<void(int, long, short)> bar1 = foo;
    std::function<void(long, short)> bar2 = std::bind(bar1, 0, std::placeholders::_1, std::placeholders::_2);
    std::function<void(short)> bar3 = std::bind(bar2, 1, std::placeholders::_1);
    std::function<void()> bar4 = std::bind(bar3, 2);

    bar4(); // prints "012"

    return 0;
}

到目前为止,一切都很好。

现在假设我想做同样的事情——绑定函数的第一个参数,取回新函数并重复此过程,直到所有参数都被绑定——但将其推广到不仅可以与 3 个参数的函数一起使用,如下所示上面的 C++ 示例,但函数的参数数量未知*。

* 在 C++ 中,有可变参数参数,在 C++11 中,有可变参数模板。我在这里指的是可变参数模板。

基本上,我想要做的是编写一个接受任何std::function并递归地将第一个参数绑定到某个值,直到所有参数都被绑定并且可以调用该函数。

为了简单起见,我们假设std::function代表一个函数,取任意值integral http://www.cplusplus.com/reference/type_traits/is_integral/参数并返回 void。

这段代码可以被认为是前面代码的概括

#include <functional>
#include <iostream>

// terminating case of recursion
void apply(std::function<void()> fun, int i)
{
    fun();
}

template<class Head, class... Tail>
void apply(std::function<void(Head, Tail...)> f, int i)
{
    std::function<void(Tail...)> g = std::bind(f, i);
    apply<Tail...>(g, ++i);
}

void foo(int a, long b, short c)
{
    std::cout << a << b << c << std::endl;
}

int main()
{
    std::function<void(int, long, short)> bar1 = foo;
    apply<int, long, short>(bar1, 0);

    return 0;
}

这段代码很棒。这正是我想要的。它无法编译。

main.cpp: In instantiation of 'void apply(std::function<void(Head, Tail ...)>, int) [with Head = int; Tail = {long int, short int}]':
main.cpp:24:40:   required from here
main.cpp:12:56: error: conversion from 'std::_Bind_helper<false, std::function<void(int, long int, short int)>&, int&>::type {aka std::_Bind<std::function<void(int, long int, short int)>(int)>}' to non-scalar type 'std::function<void(long int, short int)>' requested                        
      std::function<void(Tail...)> g = std::bind(f, i);
                                                     ^  

问题是你不能就这么忽略掉std::placeholders in std::bind就这样打电话。它们是必需的,并且占位符的数量std::bind应与函数中非绑定参数的数量匹配。

如果我们换线

std::function<void(Tail...)> g = std::bind(f, i);

to

std::function<void(Tail...)> g = std::bind(f, i, std::placeholders::_1, std::placeholders::_2);

我们看到它成功地通过了第一个apply()调用,但在第二遍时卡住了,因为在第二遍期间g只需要一个占位符,而我们仍然有两个占位符std::bind.

main.cpp: In instantiation of 'void apply(std::function<void(Head, Tail ...)>, int) [with Head = long int; Tail = {short int}]':
main.cpp:13:30:   required from 'void apply(std::function<void(Head, Tail ...)>, int) [with Head = int; Tail = {long int, short int}]'
main.cpp:24:40:   required from here
main.cpp:12:102: error: conversion from 'std::_Bind_helper<false, std::function<void(long int, short int)>&, int&, const std::_Placeholder<1>&, const std::_Placeholder<2>&>::type {aka std::_Bind<std::function<void(long int, short int)>(int, std::_Placeholder<1>, std::_Placeholder<2>)>}' to non-scalar type 'std::function<void(short int)>' requested
         std::function<void(Tail...)> g = std::bind(f, i, std::placeholders::_1, std::placeholders::_2);
                                                                                                      ^

有一种方法可以使用常规的非可变模板来解决这个问题,但它引入了参数数量的限制std::function可以有。例如,此代码仅在以下情况下才有效std::function有 3 个或更少的参数

(代替apply前面的代码中的函数)

// terminating case
void apply(std::function<void()> fun, int i)
{
    fun();
}

template<class T0>
void apply(std::function<void(T0)> f, int i)
{
    std::function<void()> g = std::bind(f, i);
    apply(g, ++i);
}

template<class T0, class T1>
void apply(std::function<void(T0, T1)> f, int i)
{
    std::function<void(T1)> g = std::bind(f, i, std::placeholders::_1);
    apply<T1>(g, ++i);
}

template<class T0, class T1, class T2>
void apply(std::function<void(T0, T1, T2)> f, int i)
{
    std::function<void(T1, T2)> g = std::bind(f, i, std::placeholders::_1, std::placeholders::_2);
    apply<T1, T2>(g, ++i);
}

但该代码的问题是我必须定义一个新的apply功能来支持std::function有 4 个参数,然后有 5 个参数,6 个等等。更不用说我的目标是不对参数数量进行任何硬编码限制。所以这是不可接受的。我不希望它有限制。

我需要找到一种方法使可变参数模板代码(第二个代码片段)正常工作。

If only std::bind不需要指定占位符——一切都会工作,但是作为std::bind目前可行,我们需要找到某种方法来指定正确数量的占位符。

知道我们可以找到正确数量的占位符来用 C++11 指定可能会很有用sizeof...

sizeof...(Tail)

但我无法从这个事实中得到任何有价值的东西。


首先,停止使用bind除非你绝对需要。

// terminating case of recursion
void apply(std::function<void()> fun, int i) {
  fun();
}
// recursive case:
template<class Head, class... Tail>
void apply(std::function<void(Head, Tail...)> f, int i) {
  // create a one-shot lambda that binds the first argument to `i`:
  auto g = [&](Tail&&...tail) // by universal ref trick, bit fancy
  { return std::move(f)(std::move(i), std::forward<Tail>(tail)...);};
  // recurse:
  apply<Tail...>(g, ++i);
}

接下来,仅在必须时键入擦除:

// `std::resukt_of` has a design flaw.  `invoke` fixes it:
template<class Sig,class=void>struct invoke{};
template<class Sig>using invoke_t=typename invoke<Sig>::type;

// converts any type to void.  Useful for sfinae, and may be in C++17:
template<class>struct voider{using type=void;};
template<class T>using void_t=typename voider<T>::type;

// implementation of invoke, returns type of calling instance of F
// with Args...
template<class F,class...Args>
struct invoke<F(Args...),
  void_t<decltype(std::declval<F>()(std::declval<Args>()...))>
>{
  using type=decltype(std::declval<F>()(std::declval<Args>()...));
};

// tells you if F(Args...) is a valid expression:
template<class Sig,class=void>struct can_invoke:std::false_type{};
template<class Sig>
struct can_invoke<Sig,void_t<invoke_t<Sig>>>
:std::true_type{};

现在我们有了一些机器,一个基本案例:

// if f() is a valid expression, terminate:
template<class F, class T, class I,
  class=std::enable_if_t<can_invoke<F()>{}>
>
auto apply(F&& f, T&& t, I&&i)->invoke_t<F()>
{
  return std::forward<F>(f)();
}

它说“如果我们可以被调用,只需调用f.

接下来,递归情况。它依赖于 C++14 返回类型推导:

// if not, build lambda that binds first arg to t, then recurses
// with i(t):
template<class F, class T, class I,
  class=std::enable_if_t<!can_invoke<F()>{}, int>>
>
auto apply(F&& f, T&& t, I&&i)
{
  // variardic auto lambda, C++14 feature, with sfinae support
  // only valid to call once, which is fine, and cannot leave local
  // scope:
  auto g=[&](auto&&...ts) // takes any number of params
  -> invoke_t< F( T, decltype(ts)... ) > // sfinae
  {
    return std::forward<F>(f)(std::forward<T>(t), decltype(ts)(ts)...);
  };
  // recurse:
  return apply(std::move(g), i(t), std::forward<I>(i));
}

如果你想要增量,请通过[](auto&&x){return x+1;}作为第三个参数。

如果您不想改变,请通过[](auto&&x){return x;}作为第三个参数。

这些代码都没有经过编译,因此可能存在拼写错误。我还担心 apply 与 C++14 返回类型推导的递归,有时会变得很棘手。

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