decltype为递归类型的递归可变参数函数模板

Question

给出以下代码（取自此处 ）：

#include <cstddef>
#include <type_traits>
#include <tuple>
#include <iostream>
#include <utility>
#include <functional>

template<typename ... Fs>
struct compose_impl
{
    compose_impl(Fs&& ... fs) : functionTuple(std::forward_as_tuple(fs ...)) {}

    template<size_t N, typename ... Ts>
    auto apply(std::integral_constant<size_t, N>, Ts&& ... ts) const
    {
        return apply(std::integral_constant<size_t, N - 1>(), std::get<N>  (functionTuple)(std::forward<Ts>(ts)...));
    }

    template<typename ... Ts>
    auto apply(std::integral_constant<size_t, 0>, Ts&& ... ts) const
    {
        return std::get<0>(functionTuple)(std::forward<Ts>(ts)...);
    }

    template<typename ... Ts>
    auto operator()(Ts&& ... ts) const
    {
         return apply(std::integral_constant<size_t, sizeof ... (Fs) - 1>(), std::forward<Ts>(ts)...);
    }

    std::tuple<Fs ...> functionTuple;
};

template<typename ... Fs>
auto compose(Fs&& ... fs)
{
     return compose_impl<Fs ...>(std::forward<Fs>(fs) ...);
}

int main ()
{
    auto f1 = [](std::pair<double,double> p) {return p.first + p.second;    };
    auto f2 = [](double x) {return std::make_pair(x, x + 1.0); };
    auto f3 = [](double x, double y) {return x*y; };
    auto g = compose(f1, f2, f3);

    std::cout << g(2.0, 3.0) << std::endl;   //prints '13', evaluated as (2*3) + ((2*3)+1)
    return 0;
}

上面的代码适用于C ++ 14。 我在使它适用于C ++ 11时遇到了一些麻烦。 我试图为所涉及的功能模板正确提供返回类型，但没有太大的成功，例如：

template<typename... Fs>
struct compose_impl
{
    compose_impl(Fs&&... fs) : func_tup(std::forward_as_tuple(fs...)) {}

    template<size_t N, typename... Ts>
    auto apply(std::integral_constant<size_t, N>, Ts&&... ts) const -> decltype(std::declval<typename std::tuple_element<N, std::tuple<Fs...>>::type>()(std::forward<Ts>(ts)...))
    // -- option 2. decltype(apply(std::integral_constant<size_t, N - 1>(), std::declval<typename std::tuple_element<N, std::tuple<Fs...>>::type>()(std::forward<Ts>(ts)...)))
    {
         return apply(std::integral_constant<size_t, N - 1>(), std::get<N>(func_tup)(std::forward<Ts>(ts)...));
    }

    using func_type = typename std::tuple_element<0, std::tuple<Fs...>>::type;
    template<typename... Ts>
    auto apply(std::integral_constant<size_t, 0>, Ts&&... ts) const -> decltype(std::declval<func_type>()(std::forward<Ts>(ts)...))
    {
        return std::get<0>(func_tup)(std::forward<Ts>(ts)...);
    }

    template<typename... Ts>
    auto operator()(Ts&&... ts) const -> decltype(std::declval<func_type>()(std::forward<Ts>(ts)...))
    // -- option 2. decltype(apply(std::integral_constant<size_t, sizeof...(Fs) - 1>(), std::forward<Ts>(ts)...))
    {
        return apply(std::integral_constant<size_t, sizeof...(Fs) - 1>(), std::forward<Ts>(ts)...);
    }

    std::tuple<Fs...> func_tup;
};

template<typename... Fs>
auto compose(Fs&&... fs) -> decltype(compose_impl<Fs...>(std::forward<Fs>(fs)...))
{
   return compose_impl<Fs...>(std::forward<Fs>(fs)...);
}

对于上面的clang（3.5.0）给出了以下错误：

func_compose.cpp:79:18: error: no matching function for call to object of type 'compose_impl<(lambda at func_compose.cpp:65:15) &, (lambda at func_compose.cpp:67:15) &,
  (lambda at func_compose.cpp:68:15) &>'
std::cout << g(2.0, 3.0) << std::endl;   //prints '13', evaluated as (2*3) + ((2*3)+1)
             ^
 func_compose.cpp:31:10: note: candidate template ignored: substitution failure [with Ts = <double, double>]: no matching function for call to object of type
  '(lambda at func_compose.cpp:65:15)'
 auto operator()(Ts&&... ts) /*const*/ -> decltype(std::declval<func_type>()(std::forward<Ts>(ts)...))
     ^                                            ~~~
1 error generated.

如果我尝试“选项2”。 我得到了几乎相同的错误。

除了它看起来非常冗长之外，我似乎也无法做到正确。 谁能提供一些有关我做错的见解？ 有没有更简单的方法来提供返回类型？

Answer 1

第一个选项的错误消息是由于in的事实

std::declval<func_type>()(std::forward<Ts>(ts)...)

你试图用两个double类型的参数（传递给operator()参数）来调用f1 func_type函数，但它需要一个std::pair （ func_type指的是元组中第一个func_type函数的类型）。

关于选项2，它不编译的原因是尾部返回类型是函数声明符的一部分，并且在看到声明decltype(apply(...))结束之前不会将该函数视为声明，因此您不能使用decltype(apply(...))在第一个apply声明的尾随返回类型中。

---

我相信你现在很高兴知道为什么你的代码不能编译，但我想如果你有一个可行的解决方案，你会更高兴。

我认为有一个重要的事实需要首先澄清： compose_impl apply和operator()模板的所有compose_impl 都有相同的返回类型 - 第一个 compose_impl函数的返回类型，在这种情况下为f1 。

有几种方法可以获得该类型，但快速入侵如下：

#include <cstddef>
#include <type_traits>
#include <tuple>
#include <iostream>
#include <utility>
#include <functional>

template<typename> struct ret_hlp;

template<typename F, typename R, typename... Args> struct ret_hlp<R (F::*)(Args...) const>
{
    using type = R;
};

template<typename F, typename R, typename... Args> struct ret_hlp<R (F::*)(Args...)>
{
    using type = R;
};

template<typename ... Fs>
struct compose_impl
{
    compose_impl(Fs&& ... fs) : functionTuple(std::forward_as_tuple(fs ...)) {}

    using f1_type = typename std::remove_reference<typename std::tuple_element<0, std::tuple<Fs...>>::type>::type;
    using ret_type = typename ret_hlp<decltype(&f1_type::operator())>::type;

    template<size_t N, typename ... Ts>
    ret_type apply(std::integral_constant<size_t, N>, Ts&& ... ts) const
    {
        return apply(std::integral_constant<size_t, N - 1>(), std::get<N>  (functionTuple)(std::forward<Ts>(ts)...));
    }

    template<typename ... Ts>
    ret_type apply(std::integral_constant<size_t, 0>, Ts&& ... ts) const
    {
        return std::get<0>(functionTuple)(std::forward<Ts>(ts)...);
    }

    template<typename ... Ts>
    ret_type operator()(Ts&& ... ts) const
    {
         return apply(std::integral_constant<size_t, sizeof ... (Fs) - 1>(), std::forward<Ts>(ts)...);
    }

    std::tuple<Fs ...> functionTuple;
};

template<typename ... Fs>
compose_impl<Fs ...> compose(Fs&& ... fs)
{
     return compose_impl<Fs ...>(std::forward<Fs>(fs) ...);
}

int main ()
{
    auto f1 = [](std::pair<double,double> p) {return p.first + p.second;    };
    auto f2 = [](double x) {return std::make_pair(x, x + 1.0); };
    auto f3 = [](double x, double y) {return x*y; };
    auto g = compose(f1, f2, f3);

    std::cout << g(2.0, 3.0) << std::endl;   //prints '13', evaluated as (2*3) + ((2*3)+1)
    return 0;
}

笔记：

• 它在C ++ 11模式和Visual C ++ 2013上编译和使用GCC 4.9.1和Clang 3.5.0。
• 如上所述， ret_hlp只处理声明其operator()类似于lambda闭包类型的函数对象类型，但它可以很容易地扩展到其他任何东西，包括普通函数类型。
• 我试图尽可能少地改变原始代码; 我觉得有一个需要提及的关于该代码一个重要的一点：如果compose ，给予左值的参数（如本例） functionTuple内compose_impl会存储这些参数引用 。 这意味着只要使用复合仿​​函数，原始仿函数就必须可用，否则你将有悬空参考。

---

编辑：以下是评论中要求的最后一个注释的更多信息：

这种行为是由于方式转发引用工作- Fs&& ...的功能参数compose 。 如果你有一个F&&形式的函数参数，正在进行模板参数推导（就像这里一样），并且为该参数给出了一个类型为A参数，那么：

• 如果参数表达式是一个rvalue ，则F被推导为A ，并且，当替换回函数参数时，它给出A&& （例如，如果你直接传递一个lambda表达式作为参数来compose ，就会发生这种情况）;
• 如果参数表达式是左值 ，则F推导为A& ，并且当替换回函数参数时，它给出A& && ，根据参考折叠规则产生A& （这是当前示例中发生的情况，如f1其他人都是左右）。

因此，在当前示例中， compose_impl将使用推导出的模板参数进行实例化（如使用发明的名称用于lambda闭包类型）

compose_impl<lambda_1_type&, lambda_2_type&, lambda_3_type&>

这反过来会使functionTuple具有类型

std::tuple<lambda_1_type&, lambda_2_type&, lambda_3_type&>

如果你直接将lambda表达式作为参数传递给compose ，那么，根据上面的说法， functionTuple将具有该类型

std::tuple<lambda_1_type, lambda_2_type, lambda_3_type>

因此，只有在后一种情况下，元组才会存储函数对象的副本，从而使组合的函数对象类型成为自包含的。

现在，这不是一个好或坏的问题; 这是你想要的问题。

如果您希望组合对象始终是自包含的（存储仿函数的副本），那么您需要摆脱这些引用。 这里做的一种方法是使用std::decay ，因为它不仅仅删除引用 - 它还处理函数到指针的转换，如果你想扩展compose_impl以便能够处理普通函数，它会派上用场。

最简单的方法是更改functionTuple的声明，因为它是您关注当前实现中的引用的唯一位置：

std::tuple<typename std::decay<Fs>::type ...> functionTuple;

结果是，函数对象将始终在元组内复制或移动，因此即使在原始组件被破坏后，也可以使用生成的组合函数对象。

哇，这很久了; 也许你不应该说'精心':-)。

---

编辑2来自OP的第二条评论：是的，代码实际上没有std::decay （但扩展为正确确定普通函数参数的ret_type ，如你所说）将处理普通函数，但要小心：

int f(int) { return 7; }

int main()
{
    auto c1 = compose(&f, &f); //Stores pointers to function f.
    auto c2 = compose(f, f); //Stores references to function f.
    auto pf = f; //pf has type int(*)(int), but is an lvalue, as opposed to &f, which is an rvalue.
    auto c3 = compose(pf, pf); //Stores references to pointer pf.
    std::cout << std::is_same<decltype(c1.functionTuple), std::tuple<int(*)(int), int(*)(int)>>::value << '\n';
    std::cout << std::is_same<decltype(c2.functionTuple), std::tuple<int(&)(int), int(&)(int)>>::value << '\n';
    std::cout << std::is_same<decltype(c3.functionTuple), std::tuple<int(*&)(int), int(*&)(int)>>::value << '\n';
}

c3的行为可能不是你想要的或人们期望的。 更不用说所有这些变体都可能会混淆您的代码以确定ret_type 。

随着std::decay的到位，所有三个变体都存储指向函数f指针。