以自然（非反向）顺序将函数应用于 std::tuple 中的元素

Question

我需要为任意元组中的每个元素调用模板或重载函数。准确地说，我需要在元组中指定的元素上调用此函数。

例如。我有一个元组 std::tuple<int, float> t{1, 2.0f}; 和一个函数

class Lambda{
public: 
   template<class T>
   void operator()(T arg){ std::cout << arg << "; "; }
};

我需要一些 struct/function Apply，如果像 Apply<Lambda, int, float>()(Lambda(), t) 这样调用会产生：

1; 2.0f;

而不是 2.0f; 1;。

请注意，如果将 "raw" 参数包传递给函数，我知道解决方案，并且我知道如何以相反的顺序为元组执行此操作。但是以下部分专业化 Apply 的尝试失败了：

template<class Func, size_t index, class ...Components>
class ForwardsApplicator{
public:
    void operator()(Func func, const std::tuple<Components...>& t){
        func(std::get<index>(t));
        ForwardsApplicator<Func, index + 1, Components...>()(func, t);
    }
};

template<class Func, class... Components>
class ForwardsApplicator < Func, sizeof...(Components), Components... > {
public:
    void operator()(Func func, const std::tuple<Components...>& t){}
};

int main{
    ForwardsApplicator<Lambda, 0, int, float>()(Lambda{}, std::make_tuple(1, 2.0f));
}

代码已编译，但仅打印第一个参数。但是，如果我将 ForwardsApplicator 专业化替换为

template<class Func, class... Components>
class ForwardsApplicator < Func, 2, Components... >{...}

它工作正常——但是，当然，只适用于长度为 2 的元组。对于任意长度的元组，我该怎么做——如果可能的话，优雅地做到这一点？

编辑：谢谢大家的回答！这三者都非常直截了当，并从所有可能的有利角度解释了问题。

Answer 1

在模板中倒计时并不一定意味着您以相同的顺序处理元组元素。从头到尾处理元组的一种简单方法是头递归（与尾递归相反）：

#include <tuple>
#include <iostream>

// Our entry point is the tuple size
template<typename Tuple, std::size_t i = std::tuple_size<Tuple>::value>
struct tuple_applicator {
  template<typename Func> static void apply(Tuple &t, Func &&f) {
    // but we recurse before we process the element associated with that
    // number, reversing the order so that the front elements are processed
    // first.
    tuple_applicator<Tuple, i - 1>::apply(t, std::forward<Func>(f));
    std::forward<Func>(f)(std::get<i - 1>(t));
  }
};

// The recursion stops here.
template<typename Tuple>
struct tuple_applicator<Tuple, 0> {
  template<typename Func> static void apply(Tuple &, Func &&) { }
};

// and this is syntactical sugar
template<typename Tuple, typename Func>
void tuple_apply(Tuple &t, Func &&f) {
  tuple_applicator<Tuple>::apply(t, std::forward<Func>(f));
}

int main() {
  std::tuple<int, double> t { 1, 2.3 };

  // The generic lambda requires C++14, the rest
  // works with C++11 as well. Put your Lambda here instead.
  tuple_apply(t, [](auto x) { std::cout << x * 2 << '\n'; });
}

输出为

2
4.6

Answer 2

问题是 size...(Components) 不能用于未知类型列表 Components 的特化。 GCC 抱怨这个错误：

prog.cpp:16:7: error: template argument 'sizeof... (Components)' involves template parameter(s)
 class ForwardsApplicator < Func, sizeof...(Components), Components... > {
       ^

我建议采用稍微不同的方法。首先，将类型列表 Components 移动到 operator() 的模板参数中，即：

template<class ...Components>
void operator()(Func func, const std::tuple<Components...>& t) {
    ...
}

然后，反转调用顺序：首先进行递归调用，然后使用 index-1 调用（即调用 last 元组元素）。从 index = sizeof...(Components) 开始这个递归，一直到 index = 0，这是 noop（所以特化有 0，独立于 sizeof...(Components)，这是我开始谈论的问题）。

为了帮助调用它，添加一个用于模板参数推导的函数：

// General case (recursion)
template<class Func, size_t index>
class ForwardsApplicator{
public:
    template<class ...Components>
    void operator()(Func func, const std::tuple<Components...>& t){
        ForwardsApplicator<Func, index - 1>()(func, t);
        func(std::get<index - 1>(t));
    }
};

// Special case (stop recursion)
template<class Func>
class ForwardsApplicator<Func, 0> {
public:
    template<class ...Components>
    void operator()(Func func, const std::tuple<Components...>& t){}
};

// Helper function for template type deduction
template<class Func, class ...Components>
void apply(Func func, const std::tuple<Components...>& t) {
    ForwardsApplicator<Func, sizeof...(Components)>()(func, t);
}

然后很容易调用，调用站点上不需要任何模板参数：

apply(Lambda{}, std::make_tuple(1, 2.0f));

Live demo

Answer 3

这是 integer_sequence 技巧的教科书案例。

template<class Func, class Tuple, size_t...Is>
void for_each_in_tuple(Func f, Tuple&& tuple, std::index_sequence<Is...>){
    using expander = int[];
    (void)expander { 0, ((void)f(std::get<Is>(std::forward<Tuple>(tuple))), 0)... };
}

template<class Func, class Tuple>
void for_each_in_tuple(Func f, Tuple&& tuple){
    for_each_in_tuple(f, std::forward<Tuple>(tuple),
               std::make_index_sequence<std::tuple_size<std::decay_t<Tuple>>::value>());
}

Demo.

std::index_sequence 和朋友是 C++14，但它是一个纯库扩展，可以很容易地在 C++11 中实现。您可以在 SO 上轻松找到六个实现。

以自然（非反向）顺序将函数应用于 std::tuple 中的元素

Applying func to elements in std::tuple in the natural (not reverse) order

c++

functional-programming

c++11

stdtuple