从参数计数未知的函数创建函子

Question

我用C++&boost编写了一个程序。是否可以编写一个模板类，从具有未知数量参数的函数生成函子，例如 my_call<func>(vector<variant>)，哪里可以bool fun(string)乐趣或bool fun(int, int, string)乐趣等等？

Answer 1

首先，重要的是要认识到boost::variant<>是一个类模板，需要它可以容纳的所有可能类型的列表。所以，你不会只有一个vector<variant>，而是一个vector<variant<string, double>>或vector<variant<int, double, string, my_class>>，你将无法混合它们。

这让我觉得你可能想使用boost::any而不是boost::variant<>。因此，我在这里提出了一个适用于boost::variant的解决方案，并且可以稍微修改以使用 boost::any ，因此您可以选择您喜欢的版本。

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首先，我必须

承认该解决方案易于使用，但不是那么容易理解，因此我必须首先介绍一些机制。这种机制对于基于变体和基于任何的解决方案都是通用的。

//=============================================================================
// META-FUNCTIONS FOR CREATING INDEX LISTS
// The structure that encapsulates index lists
template <size_t... Is>
struct index_list
{
};
// Collects internal details for generating index ranges [MIN, MAX)
namespace detail
{
    // Declare primary template for index range builder
    template <size_t MIN, size_t N, size_t... Is>
    struct range_builder;
    // Base step
    template <size_t MIN, size_t... Is>
    struct range_builder<MIN, MIN, Is...>
    {
        typedef index_list<Is...> type;
    };
    // Induction step
    template <size_t MIN, size_t N, size_t... Is>
    struct range_builder : public range_builder<MIN, N - 1, N - 1, Is...>
    {
    };
}
// Meta-function that returns a [MIN, MAX) index range
template<size_t MIN, size_t MAX>
using index_range = typename detail::range_builder<MIN, MAX>::type;

元类index_range允许定义整数的编译时序列。乔纳森·韦克利（Jonathan Wakely）提出了一个有趣的建议，以标准化这种结构，这样就不需要整个机器了。但是，目前，我们必须按照上面完成的方式手动编码。

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现在我们可以构建编译时整数序列，我们可以利用可变参数模板和参数解包来创建一种调度机制，将variant参数的向量转换为常规参数列表。请注意，必须将具体的variant<>类型作为模板参数提供。基于 any 的解决方案不需要这样做。

// Headers needed for the implementation of the dispatcher
#include <vector>
#include <functional>
#include <boost/variant.hpp>
// Just for convenience
using namespace std;
using boost::variant;
//============================================================================
// DISPATCHER IMPLEMENTATION
// Call dispatching mechanism: notice how the underlying variant type
// must be provided as a template argument (the first one)
template<typename VT, typename R, typename... Args>
struct dispatcher
{
    template<typename F>
    dispatcher(F f) : _f(f) { }
    // The call operator which performs the variant dispatch
    R operator () (vector<VT> const& v)
    {
        if (v.size() != sizeof...(Args))
        {
            // Wrong number of arguments provided!
            return false;
        }
        // Delegates to internal function call: needed for deducing
        // a sequence of integers to be used for unpacking.
        index_range<0, sizeof...(Args)> indexes;
        return do_call(v, indexes);
    }
private:
    // The heart of the dispatching mechanism
    template<size_t... Is>
    R do_call(vector<VT> const& v, index_list<Is...> indexes)
    {
        return _f((get_ith<Args>(v, Is))...);
    }
    // Helper function that extracts a typed value from the variant.
    template<typename T>
    T get_ith(vector<VT> const& v, size_t i)
    {
        return boost::get<T>(v[i]);
    }
    // Wrapper that holds the function to be invoked.
    function<R(Args...)> _f;
};
// Helper function that allows deducing the input function signature
template<typename VT, typename R, typename... Args>
function<R (vector<VT> const&)> get_dispatcher(R (*f)(Args...))
{
    dispatcher<VT, R, Args...> d(f);
    return d;
}

最后，简要演示如何使用它。假设我们有两个测试函数，如下所示：

#include <iostream>
bool test1(string s, double d)
{
    cout << s << " " << d << endl;
    return true;
}
bool test2(int i1, int i2, string s1, string s2)
{
    cout << i1 << " " << i2 << " " << s1 << " " << s2 << endl;
    return true;
}

我们想要的是通过构建变体向量来调用它们，并将其调度到所需的函数。我必须再次强调这样一个事实，即我们需要指定我们的变体可以容纳的所有类型的列表。在这里，我假设这些类型是string、double和int，但你的程序可能使用不同的类型。

此外，该解决方案基于实现类型擦除的std::function<>，允许您创建不同类型的函子，但统一调用它们。因此，还提供了此std::function<>的便利类型定义（这反过来取决于我们使用的variant<>类型）：

int main()
{
    // A helper type definition for the variant
    typedef variant<int, double, string> vt;
    // A helper type definition for the function wrapper
    typedef function<bool (vector<vt>)> dispatcher_type;
    // Get a caller for the first function
    dispatcher_type f1 = get_dispatcher<vt>(test1);
    // Prepare arguments for the first function
    vector<vt> v = {"hello", 3.14};
    // Invoke the first function
    f1(v);
    // Get a caller for the second function
    dispatcher_type f2 = get_dispatcher<vt>(test2);
    // Prepare arguments for the second function
    v.assign({1, 42, "hello", "world"});
    // Invoke the second function
    f2(v);
}

由于所有调度程序都有类型 dispatcher_type ，因此您可以轻松地将它们放入容器中。但是，您必须注意这样一个事实，即只有在运行时才会检测到使用错误参数数调用函数的尝试（在编译时不可能知道std::vector<>包含多少个元素）。因此，必须采取适当的谨慎措施。

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正如承诺的那样，我现在将稍微修改此解决方案以使用boost::any而不是boost::variant。优点是，由于boost::any可以保存任何值，因此无需指定可用作函数参数的可能类型的列表。

当帮助程序机制保持不变时，必须按如下方式修改核心调度程序类模板：

#include <vector>
#include <functional>
#include <boost/any.hpp>
using namespace std;
using boost::any;
//=============================================================================
// DISPATCHER IMPLEMENTATION
template<typename R, typename... Args>
struct dispatcher
{
    template<typename F>
    dispatcher(F f) : _f(f) { }
    // The call operator which performs the dispatch
    R operator () (vector<any> const& v)
    {
        if (v.size() != sizeof...(Args))
        {
            // Wrong number of arguments provided!
            return false;
        }
        // Delegates to internal function call: needed for deducing
        // a sequence of integers to be used for unpacking.
        index_range<0, sizeof...(Args)> indexes;
        return do_call(v, indexes);
    }
private:
    // The heart of the dispatching mechanism
    template<size_t... Is>
    R do_call(vector<any> const& v, index_list<Is...> indexes)
    {
        return _f((get_ith<Args>(v, Is))...);
    }
    // Helper function that extracts a typed value from the variant.
    template<typename T>
    T get_ith(vector<any> const& v, size_t i)
    {
        return boost::any_cast<T>(v[i]);
    }
    // Wrapper that holds the function to be invoked.
    function<R(Args...)> _f;
};
// Helper function
template<typename R, typename... Args>
function<R (vector<any> const&)> get_dispatcher(R (*f)(Args...))
{
    dispatcher<R, Args...> d(f);
    return d;
}

如您所见，VT模板参数已消失。特别是，可以在不显式指定任何模板参数的情况下调用get_dispatcher。使用我们为基于 variant 的解决方案定义的相同测试函数，下面介绍了如何调整main()例程：

int main()
{
    // Helper type definition
    typedef function<bool (vector<any>)> dispatcher_type;
    // Get a caller for the first function
    dispatcher_type f1 = get_dispatcher(test1);
    // Get a caller for the second function
    dispatcher_type f2 = get_dispatcher(test2);
    // Prepare arguments for the first function
    vector<any> v = {string("hello"), 3.14};
    // Invoke the first function
    f1(v);
    // Prepare arguments for the second function
    v.assign({1, 42, string("hello"), string("world")});
    // Invoke the second function
    f2(v);
}

唯一的缺点是使用 boost::any 时不能显式分配字符串文字，因为字符串文字的类型是 char [] ，数组不能用于初始化 any 类型的对象：

any a = "hello"; // ERROR!

因此，您必须将它们包装到string对象中，或者将它们显式转换为指向char const*的指针：

any a = string("hello"); // OK
any b = (char const*)"hello"; // OK

如果这对您来说不是一个大问题，那么最好采用第二种解决方案。