匹配任何类型参数的 C++ 可变参数模板模板参数

Posted 2023-03-25

【中文标题】匹配任何类型参数的 C++ 可变参数模板模板参数

【英文标题】：C++ variadic template template argument that matches any kind of parameters

【发布时间】：2014-11-11 16:22:11

【问题描述】：

我想知道是否可以编写一个模板函数，它可以将任何其他任意模板作为参数并正确匹配模板名称（即不仅仅是生成的类）。我所知道的工作是这样的：

template<template<typename ...> class TemplateT, typename... TemplateP>
void f(const TemplateT<TemplateP...>& param);

例如匹配f(std::vector<int>()) 或f(std::list<int>())，但不适用于f(std::array<int, 3>())，因为第二个参数是size_t 并且没有类型。

现在我猜一个人可以做一些疯狂的事情，比如：

template<template<typename ...> class TemplateT, size... Sizes, typename... TemplateP>
void f(const TemplateT<Sizes..., TemplateP...>& param);

希望编译器能够正确地将TemplateP 省略号或Sizes 省略号导出为空。但它不仅丑陋，而且仍然适用于采用类型或 size_t 参数的模板。它仍然不会匹配任意模板，例如带有bool 参数的模板。

重载方法也是如此：

template<template<typename ...> class TemplateT, typename... TemplateP>
void f(const TemplateT<TemplateP...>& param);

template<template<typename ...> class TemplateT, size... Sizes>
void f(const TemplateT<Sizes...>& param);

此外，如果我们想将size_t 和typenames 混合使用，这种方法将不起作用。因此，匹配任何内容所需的内容是这样的，省略号中允许的内容完全没有限制：

template<template<...> class TemplateT, ... Anything>
void f(const TemplateT<Anything...>& param);

该语法不起作用，但也许还有其他语法可以定义这样的东西？

这主要是我想知道该语言有什么可能，认为它实际上可能有用，如果您有不同的模板，其中第一个参数始终是固定的，并且您想根据返回类型和保留一切。像这样的：

template<
    template<typename ValueT, ...> class TemplateT,
    ... Anything,
    typename ValueT,
    typename ResultT = decltype(some_operation_on_value_t(std::declval<ValueT>())>
TemplateT<ResultT, Anything...> f(const TemplateT<ValueT, Anything...>& in);

那么，有什么方法可以使用模式匹配以完全通用的方式完成这项工作？

这不是纯粹的思想实验，因为我被困住的用例是创建在容器上运行的纯函数原语，并将隐式构造不可变的结果容器。如果结果容器具有不同的数据类型，我们需要知道容器操作的类型，因此对任何容器的唯一要求是模板的第一个参数需要是输入类型，以便可以用不同的类型替换在结果中输出类型，但代码应该忽略之后出现的任何模板参数，并且不应该关心它是类型还是值。

【问题讨论】：

如果你不知道它的类型，甚至没有办法匹配 one 非类型模板参数。恐怕你要的东西太多太多了。

@n.m.或者换一种说法，值参数是二等模板参数。 （使用包装器（std::integral_constant）来避免缺点。（他们应该在那里实现自动包装......）

@n.m.：同意，“普通”参数已经不可能了。另一方面，添加了可变参数以能够指定更通用的模板，因此有一些希望添加/将添加类似的东西。

您可能对this question的答案感兴趣。

我认为你用这个解决的问题通常可以通过使用鸭子类型来解决（例如“如果它像容器一样”+auto/decltype(*begin(param))，而不是检查参数参数直接）或子类化（创建一个新的派生类来更改模板参数）。

【参考方案1】：

您有趣的构造有两个级别的可变参数模板。

函数模板的外部可变参数模板参数列表TemplateP 和Sizes 一个内部参数包作为你的模板参数TemplateT的模板参数，一个类模板

首先，让我们看一下内部的TemplateT 类：为什么省略号运算符不能匹配TemplateT< int, 2 > 之类的东西？好吧，该标准在 §14.5.3 中将可变参数模板定义为

template<class ... Types> struct Tuple  ;
template<T ...Values> struct Tuple2  ;

第一种情况下的模板参数包可能仅匹配类型，而在第二种情况下仅匹配T类型的值。特别是，

Tuple < 0 >    error;  // error, 0 is not a type!
Tuple < T, 0 > error2; // T is a type, but zero is not!
Tuple2< T >    error3; // error, T is not a value
Tuple2< T, 0 > error4; // error, T is not a value

都是畸形的。此外，不可能退回到类似的东西

template<class ... Types, size_t ...Sizes> struct Tuple  ;

因为 §14.1.11 中的标准状态：

如果主类模板或别名模板的模板参数是模板参数包，它 应该是最后一个模板参数。不应遵循功能模板的模板参数包 由另一个模板参数，除非该模板参数可以从参数类型列表中推导出来 函数模板的名称或具有默认参数 (14.8.2)。

换句话说，对于类模板，只有一个可变参数包可能出现在定义中。因此，上面的（双）变量类定义格式不正确。因为内部类总是需要这样的组合，所以不可能写出你想的那么通用的东西。

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什么可以挽救？对于外部函数模板，可以将一些分片放在一起，但你不会喜欢它。只要可以从第一个参数包推导出第二个参数包，就可能出现两个参数包（在函数模板中）。因此，像

这样的函数

template < typename... Args, size_t... N > void g(const std::array< Args, N > &...arr);
g(std::array< double, 3 >(), std::array< int, 5>());

是允许的，因为可以推导出整数值。当然，这必须针对每种容器类型进行专门化，这与您的想象相去甚远。

【讨论】：

嗯。我也刚刚阅读了该部分，并且根据该部分 int... 甚至根本不允许这样做，我很确定无论如何 clang 至少支持这一点。

感谢您指出这一点。我对此进行了进一步研究，我认为现在答案就在那里。

【参考方案2】：

您必须具有重新绑定容器类型的元函数。 因为你不能只替换第一个模板参数：

vector<int, allocator<int> > input;
vector<double, allocator<int> > just_replaced;
vector<double, allocator<double> > properly_rebound;

所以，只需为已知的一组容器编写这样的元函数。

template<class Container, class NewValue> class rebinder;

// example for vectors with standard allocator
template<class V, class T> class rebinder< std::vector<V>, T > 
public:
  typedef std::vector<T> type;
;
// example for lists with arbitrary allocator
template<class V, class A, class T> class rebinder< std::list<V,A>, T > 
  typedef typename A::template rebind<T>::other AT; // rebind the allocator
public:
  typedef std::list<T,AT> type; // rebind the list
;
// example for arrays
template<class V, size_t N> class rebinder< std::array<V,N>, T > 
public:
  typedef std::array<T,N> type;
;

不同容器的重新绑定规则可能不同。

您可能还需要一个从任意容器中提取值类型的元函数，而不仅仅是标准符合 (typedef *unspecified* value_type)

template<class Container> class get_value_type 
public:
  typedef typename Container::value_type type; // common implementation
;
template<class X> class get_value_type< YourTrickyContainer<X> > 
  ......
public:
  typedef YZ type;
;

【讨论】：

是的，这适用于 STl 容器的特定情况。但是例如 Qt 容器没有分配器。另外我一直在寻找更通用的东西，容器只是一个例子。

【参考方案3】：

如果我们有这样的东西会很棒，因为它可以让我们轻而易举地写出is_same_template trait。 在那之前，我们一直都是专业的。