使用 boost::hana Y 组合器时出现 Clang 编译器错误

Question

我有以下 AST 实现，使用 C++17 的 std::variant 类型构建，我想在其上递归地应用访问者。我在 Boost 的 Hana 库中的一些实用程序的帮助下完成了这项工作。

#include <iostream>
#include <memory>
#include <variant>

#include <boost/hana.hpp>

namespace hana = boost::hana;


struct AddExpr;
struct SubExpr;
struct MulExpr;
struct DivExpr;

using Expr = std::variant<int, AddExpr, SubExpr, MulExpr, DivExpr>;

struct BinaryExpr
{
    BinaryExpr(std::unique_ptr<Expr> lhs, std::unique_ptr<Expr> rhs) noexcept
        : lhs{ std::move(lhs) }, rhs{ std::move(rhs) } { }

    std::unique_ptr<Expr> lhs;
    std::unique_ptr<Expr> rhs;
};

struct AddExpr : BinaryExpr { using BinaryExpr::BinaryExpr; };
struct SubExpr : BinaryExpr { using BinaryExpr::BinaryExpr; };
struct MulExpr : BinaryExpr { using BinaryExpr::BinaryExpr; };
struct DivExpr : BinaryExpr { using BinaryExpr::BinaryExpr; };


int main()
{
    Expr root {
        MulExpr{
            std::make_unique<Expr>(AddExpr{
                std::make_unique<Expr>(1),
                std::make_unique<Expr>(2),
            }),
            std::make_unique<Expr>(SubExpr{
                std::make_unique<Expr>(3),
                std::make_unique<Expr>(4),
            }),
        }
    };

    constexpr auto printer = hana::fix([](auto visitor, auto const& arg) -> void {
        hana::overload(
            [&](int val) {
                std::cout << val;
            },
            [&](AddExpr const& exp) {
                std::cout << "(";
                std::visit(visitor, *exp.lhs);
                std::cout << "+";
                std::visit(visitor, *exp.rhs);
                std::cout << ")";
            },
            [&](SubExpr const& exp) {
                std::cout << "(";
                std::visit(visitor, *exp.lhs);
                std::cout << "-";
                std::visit(visitor, *exp.rhs);
                std::cout << ")";
            },
            [&](MulExpr const& exp) {
                std::cout << "(";
                std::visit(visitor, *exp.lhs);
                std::cout << "*";
                std::visit(visitor, *exp.rhs);
                std::cout << ")";
            },
            [&](DivExpr const& exp) {
                std::cout << "(";
                std::visit(visitor, *exp.lhs);
                std::cout << "/";
                std::visit(visitor, *exp.rhs);
                std::cout << ")";
            }
        )(arg);
    });

    std::visit(printer, root);

    std::cout << "\n";

    return 0;
}

代码在使用 GCC 7.1+ 时编译时没有任何警告，但 Clang 似乎无法编译它，而是发出以下错误。

<source>:54:22: error: function 'visit<boost::hana::fix_t<(lambda at <source>:47:40)> &, std::variant<int, AddExpr, SubExpr, MulExpr, DivExpr> &>' with deduced return type cannot be used before it is defined
                std::visit(visitor, *exp.lhs);
...

这是 Clang 中的错误吗？或者我做错了什么，如果是这样，为什么这对 GCC 有效？

另外，在 Clang 中有没有一种优雅的方式来做我想做的事情？特别是，我更希望能够从一些重载的 lambda 中创建 printer 访问者，而不是必须为每种类型创建 PrinterVisitor class 和 operator() 重载。但是，如果那不可能，我愿意接受其他建议。

Answer 1

您的确切代码也不适用于 GCC 主干：编译器 Explorero，自发布以来很有趣做了工作：Compiler Explorer.

我的本地消息非常相似：GCC

/home/sehe/custom/boost_1_75_0/boost/hana/functional/fix.hpp|74 col 19| error: use of ‘main()::<lambda(auto:39, const auto:40&)> [with auto:39 = boost::hana::fix_t<main()::<lambda(auto:39, const auto:40&)> >; auto:40 = int]’ before deduction of ‘auto’
||    74 |         { return f(fix(f), static_cast<X&&>(x)...); }

叮当声：

/home/sehe/custom/boost_1_75_0/boost/hana/functional/fix.hpp|74 col 18| error: function 'operator()<boost::hana::fix_t<(lambda at /home/sehe/Projects/Whosebug/test.cpp:44:40)>, int>' with deduced return type cannot be used before it is defined
||         { return f(fix(f), static_cast<X&&>(x)...); }

我记得当我编写自己的组合器时，我无法绕过实现助手，例如：

struct F {
    template <typename Self, typename T>
    void operator()(Self const& self, T const& arg) const {
        auto bin = [&](char op, BinaryExpr const& exp) {
            std::cout << "("; std::visit(self, *exp.lhs); std::cout << op; std::visit(self, *exp.rhs); std::cout << ")"; 
        };
        hana::overload(
            [&](int val) { std::cout << val; },
            [&](AddExpr const& exp) { bin('+', exp); },
            [&](SubExpr const& exp) { bin('-', exp); },
            [&](MulExpr const& exp) { bin('*', exp); },
            [&](DivExpr const& exp) { bin('/', exp); }
        )(arg);
    }
};

看到了Live On Compiler Explorer

说明

我认为它只需要默认的可构造 lambda，这是 C++20 的新功能：http://www.open-std.org/jtc1/sc22/wg21/docs/papers/2017/p0624r2.pdf

来源：https://www.bfilipek.com/2019/03/lambdas-story-part2.html

With C++20 we’ll get the following features:

Allow [=, this] as a lambda capture - P0409R2 and Deprecate implicit capture of this via [=] - P0806

Pack expansion in lambda init-capture: ...args = std::move(args)](){} - P0780

static, thread_local, and lambda capture for structured bindings - P1091

template lambdas (also with concepts) - P0428R2

Simplifying implicit lambda capture - P0588R1

Default constructible and assignable stateless lambdas - P0624R2

Lambdas in unevaluated contexts - P0315R4

这让我相信它可以在 c++20 中工作。

还价

我有一些简化和递归访问者的首选模式。有一些好处，比如

封装[递归]访问
更容易绑定额外的参数（本例中为 std::cout）

我发现可维护性胜过在调用站点上声明访问者的便利性。

EDIT I found a more compelling solution so I'll just put a link to this in case you're interested: Live On Compiler Explorer

有你的蛋糕吃，没有提升

我意识到你可以吃蛋糕吃，根本不需要任何提升：

template <typename... F>
struct RecursiveVisitor : F... {
    template <typename... Ts>
    void operator()(std::variant<Ts...> const& v) const {
        std::visit( std::bind(*this, std::cref(*this), std::placeholders::_1), v );
    } 

    using F::operator()...;
};

template <typename... F>
    RecursiveVisitor(F...) -> RecursiveVisitor<F...>;

现在您可以完成任务，例如：

RecursiveVisitor const printer {
    [](auto const&, int const& v) { std::cout << v; },
    [](auto const& self, AddExpr const& exp) { self(self, '+', exp); },
    [](auto const& self, SubExpr const& exp) { self(self, '-', exp); }, 
    [](auto const& self, MulExpr const& exp) { self(self, '*', exp); },
    [](auto const& self, DivExpr const& exp) { self(self, '/', exp); },
    [](auto const& self, char op, BinaryExpr const& exp) {
        std::cout << "(";
        self(*exp.lhs);
        std::cout << op;
        self(*exp.rhs);
        std::cout << ")"; 
    }
};

哪个在所有方面都有效：

Live On Compiler Explorer

#include <iostream>
#include <memory>
#include <variant>
#include <functional>

struct AddExpr;
struct SubExpr;
struct MulExpr;
struct DivExpr;

using Expr = std::variant<int, AddExpr, SubExpr, MulExpr, DivExpr>;

struct BinaryExpr
{
    BinaryExpr(Expr l, Expr r);
    BinaryExpr(BinaryExpr const& o);
    std::unique_ptr<Expr> lhs, rhs;
};

struct AddExpr : BinaryExpr { using BinaryExpr::BinaryExpr; };
struct SubExpr : BinaryExpr { using BinaryExpr::BinaryExpr; };
struct MulExpr : BinaryExpr { using BinaryExpr::BinaryExpr; };
struct DivExpr : BinaryExpr { using BinaryExpr::BinaryExpr; };

BinaryExpr::BinaryExpr(Expr l, Expr r)
: lhs{ std::make_unique<Expr>(l) }, rhs{ std::make_unique<Expr>(r) } { }

BinaryExpr::BinaryExpr(BinaryExpr const& o)
: lhs{ std::make_unique<Expr>(*o.lhs) }, rhs{ std::make_unique<Expr>(*o.rhs) } { }

template <typename... F>
struct RecursiveVisitor : F... {
    template <typename... Ts>
    void operator()(std::variant<Ts...> const& v) const {
        std::visit( std::bind(*this, std::cref(*this), std::placeholders::_1), v );
    } 

    using F::operator()...;
};

template <typename... F>
    RecursiveVisitor(F...) -> RecursiveVisitor<F...>;

int main()
{
    RecursiveVisitor const printer {
        [](auto const&, int const& v) { std::cout << v; },
        [](auto const& self, AddExpr const& exp) { self(self, '+', exp); },
        [](auto const& self, SubExpr const& exp) { self(self, '-', exp); }, 
        [](auto const& self, MulExpr const& exp) { self(self, '*', exp); },
        [](auto const& self, DivExpr const& exp) { self(self, '/', exp); },
        [](auto const& self, char op, BinaryExpr const& exp) {
            std::cout << "(";
            self(*exp.lhs);
            std::cout << op;
            self(*exp.rhs);
            std::cout << ")"; 
        }
    };

    for (Expr root : { Expr
            { MulExpr{ AddExpr{ 1, 2 }, SubExpr{ 3, 4 } } },
            { DivExpr{ 1, MulExpr{ 7, SubExpr{ 3, 4 } } } },
        }) 
    {
        printer(root);
        std::cout << "\n";
    }
}

正在打印

((1+2)*(3-4))
(1/(7*(3-4)))

我意识到这会手动复制 Y 组合器模式，但至少它消除了所有瓶颈。此外，共享 char, BinExpr& 重载不是优雅地“只是另一个重载”。

Answer 2

@sehe贴出的中的最后一个例子几乎是完美的，只是内存分配的数量随着表达式树的深度呈指数增长。这是因为拷贝构造函数被调用了2^l + 2^r次，其中l和r分别是左右表达式树的深度，传递给了BinaryExpr的构造函数.

因此，构建下面的表达式树，我发现它需要68次分配。

Expr root {
    AddExpr {
        MulExpr{ AddExpr{ 1, 2 }, SubExpr{ 3, 4 } },
        DivExpr{ SubExpr{ 5, 6 }, AddExpr{ 7, 8 } },
    }
};

但是，我们可以通过像这样移动（而不是复制）表达式树来轻松避免这些内存分配。

struct AddExpr;
struct SubExpr;
struct MulExpr;
struct DivExpr;

using Expr = std::variant<int, AddExpr, SubExpr, MulExpr, DivExpr>;

struct BinaryExpr
{
    BinaryExpr(Expr lhs, Expr rhs) noexcept;
    BinaryExpr(BinaryExpr&&) = default; // Require the default move-constructor.
    BinaryExpr(BinaryExpr const&);

    std::unique_ptr<Expr> lhs;
    std::unique_ptr<Expr> rhs;
};

struct AddExpr : BinaryExpr { using BinaryExpr::BinaryExpr; };
struct SubExpr : BinaryExpr { using BinaryExpr::BinaryExpr; };
struct MulExpr : BinaryExpr { using BinaryExpr::BinaryExpr; };
struct DivExpr : BinaryExpr { using BinaryExpr::BinaryExpr; };

BinaryExpr::BinaryExpr(Expr lhs, Expr rhs) noexcept
    : lhs{ std::make_unique<Expr>(std::move(lhs)) }, // Call std::move() here.
      rhs{ std::make_unique<Expr>(std::move(rhs)) }  // Call std::move() here.
{ }

BinaryExpr::BinaryExpr(BinaryExpr const& exp)
    : lhs{ std::make_unique<Expr>(*exp.lhs) },
      rhs{ std::make_unique<Expr>(*exp.rhs) }
{ }

通过此修改，构建示例表达式树（如上所示）仅需要 14 次分配，而不是 68 次。

使用 boost::hana Y 组合器时出现 Clang 编译器错误

Clang compiler error when using boost::hana Y-combinator

c++

boost

clang

boost-hana

说明

还价

有你的蛋糕吃，没有提升