C++ 中的链式选项

Question

如何避免 C++ 中带有链式选项的嵌套 if 语句？

例如，如果类型 A 包含一个std::optional<B> b并且类型 B 一个std::optional<C> c ，我希望能够编写如下内容：

const auto v = if_exists(if_exists(a->b)->c);

如果 b 或 c 是空的可选项，则 v 将从 c 或空的可选项中获取值。

我认为像这样嵌套 if 会更好：

if (a->b) {
 const auto b = *(a->b);
 if (b->c) {
  const auto c = *(b->c);
 }
}

以下问题似乎朝着这个方向发展，但我不确定如何使其适应我的用例： Haskell style "Maybe" type & *chaining* in C++11

Answer 1

你可以做这样的事情（pseudocode-ish；下面提供了可构建代码的链接）：

// wrap std::optional for chaining
template <class T> class Maybe {
  std::optional<T> t;

  // ... constructors etc

  // Maybe chaining 
  // If A has a member named m of type M, 
  // then Maybe<A>.fetch(&A::m) returns a Maybe<M>

  template <class M>
  Maybe<M> fetch(M T::*mem_ptr) {
     return (bool(t)) ? Maybe<M>((*t).*mem_ptr) : Maybe<M>() ;
  }

  // Maybe chaining special case 
  // If A has a member named m, which is itself a Maybe<M>,
  // then return it without wrapping it in an additional Maybe

  template <class M>
  Maybe<M> fetch(Maybe<M> T::*mem_ptr) {
     return (bool(t)) ? ((*t).*mem_ptr) : Maybe<M>() ;
  }

};

现在，如果你有这个：

 struct C { int d ; }
 struct B { C c; }
 struct A { B b; }
 A a;
 Maybe<A> ma;

你可以这样做

 int d = a.b.c.d;

你不能对ma做同样的事情，但你可以使用下一个最好的东西，即：

 Maybe<int> md = ma.fetch(&A::b).fetch(&B::c).fetch(&C::d);

如果你Maybe -ify 上面的任何或所有struct成员，你仍然可以使用它：

 struct C { Maybe<int> d ; }
 struct B { Maybe<C> c; }
 struct A { Maybe<B> b; }

现场示例（不是生产质量，但可以构建） 。

Answer 2

你可能会使用

template <typename T, typename F>
auto convert_optional(const std::optional<T>& o, F&& f)
-> std::optional<std::decay_t<decltype(std::invoke(std::forward<F>(f), *o))>>
{
    if (o)
        return std::invoke(std::forward<F>(f), *o);
    else
        return std::nullopt;
}

template <typename T, typename F>
auto convert_optional(std::optional<T>& o, F&& f)
-> std::optional<std::decay_t<decltype(std::invoke(std::forward<F>(f), *o))>>
{
    if (o)
        return std::invoke(std::forward<F>(f), *o);
    else
        return std::nullopt;
}

template <typename T, typename F>
auto convert_optional(std::optional<T>&& o, F&& f)
-> std::optional<std::decay_t<decltype(std::invoke(std::forward<F>(f), *std::move(o)))>>
{
    if (o)
        return std::invoke(std::forward<F>(f), *std::move(o));
    else
        return std::nullopt;
}

或者

template <typename> struct is_optional : std::false_type {};
template <typename T> struct is_optional<std::optional<T>> : std::true_type {};

template <typename O, typename F>
auto convert_optional(O&& o, F&& f)
-> std::enable_if_t<
    is_optional<std::decay_t<O>>::value,
    std::optional<std::decay_t<decltype(std::invoke(std::forward<F>(f),
                                                    *std::forward<O>(o)))>>>
{
    if (o)
        return std::invoke(std::forward<F>(f), *o);
    else
        return std::nullopt;
}

你的例子变成：

auto c = convert_optional(convert_optional(a, &A::b).value_or(std::nullopt),
                          &B::c).value_or(std::nullopt);

convert_optional(a, &A::b)将返回std::optional<std::optional<B>>

您甚至可以通过附加功能进行简化：

template <typename O, typename F>
auto convert_optional_fact(O&& o, F&& f)
-> decltype(convert_optional(std::forward<O>(o),
                             std::forward<F>(f)).value_or(std::nullopt))
{
    return convert_optional(std::forward<O>(o),
                            std::forward<F>(f)).value_or(std::nullopt);
}

接着

auto c = convert_optional_fact(convert_optional_fact(a, &A::b), &B::c);

演示

Answer 3

这可以通过一个简单的宏来实现。

#define CHAIN(OPTIONAL, MEMBER)                                                 \
  ([](auto &&opt) {                                                             \
    return opt ? std::optional{opt->MEMBER} : std::nullopt;                     \
  }(OPTIONAL))

const auto v = CHAIN(CHAIN(a, b), c);

Answer 4

请注意，有一个提议允许在 C++ 中使用此可选链接：

https://www.open-std.org/jtc1/sc22/wg21/docs/papers/2019/p0798r3.html

我喜欢这部分：

这在其他编程语言中很常见。 下面是一个编程语言列表，它们具有类似于可选类型的单子接口或一些类似的语法糖：

• Java：可选
• 斯威夫特：可选
• 哈斯克尔：也许
• 锈：选项
• OCaml：选项
• 斯卡拉：选项
• 阿格达：也许
• 伊德里斯：也许
• 科特林：T？
• StandardML：选项
• C#：可以为空

以下是一个没有单子接口或语法糖的类可选类型的编程语言列表：

• C++

• 我找不到其他人

该提案将允许这样的代码：

std::optional<image> get_cute_cat (const image& img) {
    return crop_to_cat(img)
        .and_then(add_bow_tie)
        .and_then(make_eyes_sparkle)
        .transform(make_smaller)
        .transform(add_rainbow);
}

Answer 5

使用参考问题中给出的代码，您可以执行以下操作

maybe_do(a->b, [](B &b){ 
    return maybe_do(b.c, [](C &c){ 
        //do what You want to do with the C optional
    })
});

Answer 6

C++23 引入了and_then或or_else来解决这个不便。

这是一些带有提案的论文。

在我们可以使用 C++23 之前，您可以尝试编写一些可以解决此问题的模板。

我的尝试：

namespace detail {
template <auto Field, class T>
struct field_from_opt;

template<typename T, typename FieldType, FieldType T::*ptr>
struct field_from_opt<ptr, T>
{
    static auto get(const std::optional<T>& x) -> std::optional<FieldType>
    {
        if (x) return (*x).*ptr;
        return {};
    }
};
}

template<auto Field, typename T>
auto if_exists(const std::optional<T>& x)
{
    return detail::field_from_opt<Field, T>::get(x);
}

https://godbolt.org/z/dscjYqrx1