struct/class 的递归成员指针的可变序列作为模板参数

Question

我正在为一些模板编程而苦苦挣扎，我希望你能给我一些帮助。我编写了一个 C++11 接口，给定了一些结构，例如：

struct Inner{
  double a;
};
struct Outer{
  double x, y, z, r;
  Inner in;
};

实现一个getter/setter到自定义为指定结构成员的真实数据：

MyData<Outer, double, &Outer::x,
                               &Outer::y, 
                               &Outer::z,
                               &Outer::in::a //This one is not working
              > state();

Outer foo = state.get();
//...  
state.set(foo);

我设法通过以下方式为简单结构实现了这一点：

template <typename T, typename U, U T::* ... Ms>
class MyData{
   std::vector<U *> var;
  public:
    explicit MyData();
    void set(T const& var_);
    T get() const;
};

template <typename T, typename U, U T::* ... Ms>
MyData<T, U, Ms ... >::Struct():var(sizeof...(Ms))
{
}

template <typename T, typename U, U T::* ... Ms>
void MyData<T, U, Ms ...>::set(T const& var_){
  unsigned i = 0;
  for ( auto&& d : {Ms ...} ){
    *var[i++] = var_.*d;
  }
}

template <typename T, typename U, U T::* ... Ms>
T MyData<T, U, Ms ...>::get() const{
  T var_;
  unsigned i = 0;
  for ( auto&& d : {Ms ...} ){
    var_.*d = *var[i++];
  }
  return var_;
}

但是当我传递一个嵌套结构的成员时它失败了。理想情况下，我想实现一个指向成员类型的通用指针，它允许我与多个级别的范围解析兼容。我找到了 this approach，但我不确定这是否适用于我的问题，或者是否存在一些可供使用的实现。提前致谢！

相关帖子：

Implicit template parameters

Pointer to inner struct

Answer 1

您可以将成员指针包装到结构中以允许更轻松的链接：

template <typename...> struct Accessor;

template <typename T, typename C, T (C::*m)>
struct Accessor<std::integral_constant<T (C::*), m>>
{
    const T& get(const C& c) { return c.*m; }
    T& get(C& c) { return c.*m; }
};

template <typename T, typename C, T (C::*m), typename ...Ts>
struct Accessor<std::integral_constant<T (C::*), m>, Ts...>
{
    auto get(const C& c) -> decltype(Accessor<Ts...>().get(c.*m))
    { return Accessor<Ts...>().get(c.*m); }

    auto get(C& c) -> decltype(Accessor<Ts...>().get(c.*m))
    { return Accessor<Ts...>().get(c.*m); }
};

template <typename T, typename U, typename ...Ts>
class MyData
{
    std::vector<U> vars{sizeof...(Ts)};

    template <std::size_t ... Is>
    T get(std::index_sequence<Is...>) const
    {
        T res;
        ((Ts{}.get(res) = vars[Is]), ...); // Fold expression C++17
        return res;
    }
    template <std::size_t ... Is>
    void set(std::index_sequence<Is...>, T const& t)
    {
        ((vars[Is] = Ts{}.get(t)), ...); // Fold expression C++17
    }

public:
    MyData() = default;

    T get() const { return get(std::index_sequence_for<Ts...>()); }
    void set(const T& t) { return set(std::index_sequence_for<Ts...>(), t); }

};

用法类似于

template <auto ...ms> // C++17 too
using Member = Accessor<std::integral_constant<decltype(ms), ms>...>;

MyData<Outer, double, Member<&Outer::x>,
                           Member<&Outer::y>,
                           Member<&Outer::z>,
                           Member<&Outer::in, &Inner::a>
       > state;

std::index_sequence 是 C++14，但可以在 C++11 中实现。
C++17 中的折叠表达式也可以在 C++11 中模拟。
typename <auto> (C++17) 应替换为 typename <typename T, T value>。

Demo

Answer 2

我会使用 lambda 方法在 C++17 中实现类似的功能（C++14 也可以，只需更改折叠表达式）：

auto access_by() {
    return [] (auto &&t) -> decltype(auto) {
        return decltype(t)(t);
    };
}

template<class Ptr0, class... Ptrs>
auto access_by(Ptr0 ptr0, Ptrs... ptrs) {
    return [=] (auto &&t) -> decltype(auto) {
        return access_by(ptrs...)(decltype(t)(t).*ptr0);
    };
}

auto data_assigner_from = [] (auto... accessors) {
    return [=] (auto... data) {
        return [accessors..., data...] (auto &&t) {
            ((accessors(decltype(t)(t)) = data), ...);
        };
    };
};

让我们看看如何使用这些 lambda：

struct A {
    int x, y;
};

struct B {
    A a;
    int z;
};

access_by 函数可以像这样使用：

auto bax_accessor = access_by(&B::a, &A::x);
auto bz_accessor = access_by(&B::z);

那么对于B b;，bax_accessor(b)就是b.a.x； bz_accessor(b) 是 b.z。值类别也被保留，因此您可以分配：bax_accessor(b) = 4.

data_assigner_from() 将构造一个分配器来分配具有给定访问器的 B 实例：

auto data_assigner = data_assigner_from(
        access_by(&B::a, &A::x),
        access_by(&B::z)
     );

data_assigner(12, 3)(b);

assert(b.z == 3 && b.a.x == 12);

Answer 3

成员指针的泛化是一个可以在编译时将T映射到X&的函数。

在 c++17 it isn't hard to wire things up thanks to auto. In c++11 中变得更难了。但基本思想是你实际上并没有传递成员指针，你传递的是类型，而那些类型知道如何获取你的 class 并从中获取引用。

template<class T, class D, class...Fs>
struct MyData {
  std::array<D*, sizeof...(Fs)> var = {};
  explicit MyData()=default;
  void set(T const& var_) {
    var = {{ Fs{}(std::addressof(var_))... }};
  }
  T get() {
    T var_;
    std::size_t index = 0;
    using discard=int[];
    (void)discard{ 0, (void(
      *Fs{}(std::addressof(var_)) = *var[index++]
    ),0)... };
    return var_;
  }
};

它仍然需要编写一个实用程序，使编写 Fs... 成员指针案例变得容易

template<class X, X M>
struct get_ptr_to_member_t;
template<class T, class D, D T::* M>
struct get_ptr_to_member_t< D T::*, M > {
  D const* operator()( T const* t )const{
    return std::addressof( t->*M );
  }
};
#define TYPE_N_VAL(...) \
  decltype(__VA_ARGS__), __VA_ARGS__
#define MEM_PTR(...) get_ptr_to_member_t< TYPE_N_VAL(__VA_ARGS__) >

现在基本情况是

MyData< Outer, double, MEM_PTR(&Outer::x), MEM_PTR(&Outer::y) >

现在可以处理更复杂的情况。

一种方法是教 get_ptr_to_member 作曲。这是一项烦人的工作，但不是最基本的。安排是为了 decltype(ptr_to_member_t * ptr_to_member_t) returns 一个实例正确的类型，应用它，然后获取该指针并在其左侧运行。

template<class First, class Second>
struct composed;

template<class D>
struct composes {};

#define RETURNS(...) \
  noexcept(noexcept(__VA_ARGS__)) \
  decltype(__VA_ARGS__) \
  { return __VA_ARGS__; }

template<class First, class Second>
struct composed:composes<composed<First, Second>> {
  template<class In>
  auto operator()(In&& in) const
  RETURNS( Second{}( First{}( std::forward<In>(in) ) ) )
};

template<class First, class Second>
composed<First, Second> operator*( composes<Second> const&, composes<First> const& ) {
  return {};
}

然后我们升级：

template<class X, X M>
struct get_ptr_to_member_t;
template<class T, class D, D T::* M>
struct get_ptr_to_member_t< D T::*, M >:
  composes<get_ptr_to_member_t< D T::*, M >>
{
  D const* operator()( T const* t )const{
    return std::addressof( t->*M );
  }
};

现在 * 组成了它们。

MyData<TestStruct, double, MEM_PTR(&Outer::x),
                           MEM_PTR(&Outer::y), 
                           MEM_PTR(&Outer::z),
                           decltype(MEM_PTR(&Inner::a){} * MEM_PTR(&Outer::in){})
          > state();

答案可能有很多拼写错误，但设计合理。

在 c++17 中，大部分垃圾都蒸发了，就像宏一样。

struct/class 的递归成员指针的可变序列作为模板参数

Variadic sequence of pointer to recursive member of struct/class as template parameter

c++

templates

template-meta-programming

variadic-templates

c++11