C++ 模板以避免长开关，同时调用具有不同返回类型的 function

Question

我有许多函数q1 、 q2 、 q3等，每个函数都有不同的返回类型（ int 、 int64_t 、 std::string等）。

我也有一个print_result function 打印出他们的结果（以及他们运行的时间，但为了简单起见在这里修剪）：

template <typename T>
void print_result(T (*func)()) {
  T res = func();
  std::cout << res << std::endl;
}

我也有很大的 switch 语句来打印每个函数的结果：

switch (question_num) {
  case 1: print_result(q1); break;
  case 2: print_result(q2); break;
  case 3: print_result(q3); break;
  // ...
}

目标：我想用模板 function 替换这个 switch 语句，以避免每次添加新的 function 时复制每一行。

我试图查看C++ 模板实例化：避免长开关，但我是模板元编程的新手，所以不知道如何准确处理这个问题。

我目前无法编译的尝试：

template <<int, typename> ...> struct FuncList {};

template <typename T>
bool handle_cases(int, T, FuncList<>) {
  // default case
  return false;
}

template <<int I, typename T> ...S>
bool handle_cases(int i, T (*func)(), FuncList<T, S...>) {
  if (I != i) {
    return handle_cases(i, func, FuncList<S...>());
  }
  print_result(func);
  return true;
}

template <typename ...S>
bool handle_cases(int i, T (*func)()) {
  return handle_cases(i, func, FuncList<S...>());
}

// ...
  bool res = handle_cases<
    <1, q1>, <2, q2>, <3, q3>
  >(question_num);
// ...

我使用这个模板的理想方式显示在最后一行。

请注意，此处提供了从 function 编号到 function 的映射。 function 数字是固定的，即q1映射到常数1 ，并且在运行时不会改变。

编译错误（它可能相当基本，但我真的不太了解元编程）：

error: expected unqualified-id before ‘<<’ token
   17 | template <<int, typename> ...> struct FuncList {};
      |          ^~

Answer 1

我有一个不同的建议：

1. 使用 std::array 代替开关（或 std::map 如果开关情况不连续，std::array 具有 O(1) 访问时间，std::map O(log(n)) 和开关 O (n)。
2. 使用 std::function 和 std::bind 将要调用的函数绑定到仿函数 object
3. 使用数组中的索引来调用 function
4. 如果您需要传递其他数据，请使用占位符

#include <iostream>
#include <functional>

template <typename T>
void print_result(T (*func)()) {
  T res = func();
  std::cout << res << std::endl;
}

int int_function() {
    return 3;
}

double double_function() {
    return 3.5;
}

std::array<std::function<void()>, 2> functions({
    std::bind(print_result<int>, int_function),
    std::bind(print_result<double>, double_function),
});

int main() {

    functions[0]();
    functions[1]();

    return 0;
}

Output：

3
3.5

请参阅： 为什么 std::function 可以隐式转换为具有更多参数的 std::function？

更新：

通过参数传递：

#include <iostream>
#include <functional>

template <typename T>
void print_result(T (*func)(int), int value) {
  T res = func(value);
  std::cout << res << std::endl;
}

int int_function(int value) {
    return 3 * value;
}

double double_function(int value) {
    return 3.5 * value;
}

std::array<std::function<void(int)>, 2> functions({
    std::bind(print_result<int>, int_function, std::placeholders::_1),
    std::bind(print_result<double>, double_function, std::placeholders::_1),
});

int main() {

    functions[0](10);
    functions[1](11);

    return 0;
}

Output：

30
38.5

Answer 2

您可能喜欢不需要任何类型的运行时容器、中间不生成任何对象、甚至不生成数据表、生成的代码非常少且易于使用的版本：

// Example functions
int fint() { return 1; }
double fdouble() { return 2.2; }
std::string fstring() { return "Hallo"; }

// your templated result printer
     template < typename T>
void print_result( T parm )
{
    std::cout << "The result of call is " << parm << std::endl;
}

// lets create a type which is able to hold functions
template < auto ... FUNCS >
struct FUNC_CONTAINER
{
    static constexpr unsigned int size = sizeof...(FUNCS);
};

// and generate a interface to switch
template < unsigned int, typename T >
struct Switch_Impl;


template < unsigned int IDX, auto HEAD, auto ... TAIL >
struct Switch_Impl< IDX, FUNC_CONTAINER<HEAD, TAIL...>>
{
    static void Do( unsigned int idx )
    {
        if ( idx == IDX )
        {
            // Your function goes here
            print_result(HEAD());
        }
        else
        {
            if constexpr ( sizeof...(TAIL))
            {
                Switch_Impl< IDX+1, FUNC_CONTAINER<TAIL...>>::Do(idx);
            }
        }
    }
};

// a simple forwarder to simplify the interface
template < typename T>
struct Switch
{
    static void Do(unsigned int idx )
    {
        Switch_Impl< 0, T >::Do( idx );
    }
};

// and lets execute the stuff
int main()
{
    using FUNCS = FUNC_CONTAINER< fint, fdouble, fstring >;

    for ( unsigned int idx = 0; idx< FUNCS::size; idx++ )
    {
        Switch<FUNCS>::Do(idx);
    }
}
                                                                                                                                                                  

Answer 3

如果您可以使用 c++17，这是@Klaus 方法的“简化”版本。 您可以使用 c++17 折叠表达式，而不是使用已经制作的递归结构：

template<auto... Funcs, std::size_t... I>
bool select_case(std::size_t i, std::integer_sequence<std::size_t, I...>) {
    return ([&]{ if(i == I) { print_result(Funcs); return true; } return false; }() || ... ); 
}

template<auto... Funcs>
struct FuncSwitch {

    static bool Call(std::size_t i) {
        return select_case<Funcs...>(i, std::make_index_sequence<sizeof...(Funcs)>());
    }
};

想法是将每个Funcs包装在 lambda 中，以便仅调用与传递的索引相对应的 function。 注意|| 在折叠表达式短路。 会这样使用：

float q0() { return 0.f; }
int q1() { return 1; }
std::string q2() { return "two"; }


int main() {

    bool success = FuncSwitch<q0, q1, q2>::Call(1);
}

有关完整示例，请参见此处。

Answer 4

鉴于您“当前的尝试”......在我看来，您几乎可以编写一个handle_cases结构/类，如下所示

struct handle_cases
 {
   std::map<int, std::function<void()>> m;

   template <typename ... F>
   handle_cases (std::pair<int, F> const & ... p)
      : m{ {p.first, [=]{ print_result(p.second); } } ... }
    { }

   void operator() (int i)
    { m[i](); }
 };

with a map between an integer and a lambda that call print_result with the function and an operator() that call the requested lambda, given the corresponding index.

您可以按如下方式创建 class 的 object （不幸的是，我看不到避免使用std::make_pair()的方法）

handle_cases hc{ std::make_pair(10, q1),
                 std::make_pair(20, q2),
                 std::make_pair(30, q3),
                 std::make_pair(40, q4) };

并按如下方式使用它

hc(30);

下面是一个完整的编译示例

#include <functional>
#include <map>
#include <iostream>

template <typename T>
void print_result (T(*func)())
 {
   T res = func();
   std::cout << res << std::endl;
 }

struct handle_cases
 {
   std::map<int, std::function<void()>> m;

   template <typename ... F>
   handle_cases (std::pair<int, F> const & ... p)
      : m{ {p.first, [=]{ print_result(p.second); } } ... }
    { }

   void operator() (int i)
    { m[i](); }
 };

char      q1 () { return '1'; }
int       q2 () { return 2; }
long      q3 () { return 3l; }
long long q4 () { return 4ll; }

int main ()
 {
   handle_cases hc{ std::make_pair(10, q1),
                    std::make_pair(20, q2),
                    std::make_pair(30, q3),
                    std::make_pair(40, q4) };

   hc(30);
 }