सी ++ में टुपल्स के कार्यान्वयन की विशेषताएं

एक सम्मानित FlexFerrum द्वारा Variadic Templates पर एक महान लेख पढ़ने से प्रभावित होकर, मैंने मेटाप्रोग्रामिंग का अभ्यास करने का फैसला किया और Tuple नामक एक डेटा संरचना के अपने कार्यान्वयन को लिखने के लिए, तर्कों की एक चर संख्या के साथ टेम्पलेट्स का उपयोग किया। उन लोगों के लिए जो परिचित नहीं हैं, एक ट्यूपल एक डेटा संरचना है जो विभिन्न प्रकारों के डेटा को एक साथ संग्रहीत करता है। हमारे विशेष मामले में, हालाँकि, यह एक टेम्प्लेट क्लास होगा जो टेम्प्लेट पैरामीटर के रूप में इसे टाइप किए गए डेटा को स्टोर करता है (ऑर्डर को ध्यान में रखते हुए)।

यह माना जाता है कि पाठक पहले से ही उपरोक्त लेख से परिचित है, जब विकास प्रक्रिया का वर्णन करता है, तो मैं उस पर निर्माण करूंगा।

डेटा भंडारण

हमारे सामने पहली समस्या डेटा स्टोरेज का सिद्धांत है। FlexFerrum के लेख में, एक वर्ग का कार्यान्वयन प्रस्तावित किया गया था, जो संक्षेप में टेम्पलेट मापदंडों के रूप में पारित कार्यों का एक सुपरपोजिशन है। फंक्शन पॉइंटर्स को बचाने के लिए, DataHolder क्लास से कई इनहेरिटेंस का मॉडल DataHolder गया था, जो अपने आप में स्टोर होता है कि इसे क्या कहा गया था:

 template<typename T> struct DataHolder { T m_data; }; template<typename Op, typename … F> class Composer : public DataHolder<F> … { // ... }; 

हम थोड़ा अलग तरीके से जाएंगे और विरासत की एक श्रृंखला का निर्माण करेंगे, और अंत में हम देखेंगे कि इससे हमें क्या लाभ हैं।

 template <class T, class ... REST> class Tuple : public Tuple<REST ...> { public: Tuple(); Tuple(const T & _p1, const REST & ... _rest); /// returns elements count inline constexpr static unsigned int Count() { return mIndex + 1; } // ... protected: private: T mMember = T(); static constexpr unsigned int mIndex = TupleSuper::Count(); } //   template <class T> class Tuple { public: Tuple(); Tuple(const T & _p1); /// returns elements count inline constexpr static unsigned int Count() { return mIndex + 1; } // ... protected: private: T mMember = T(); static constexpr unsigned int mIndex = 0; } 

कंस्ट्रक्टर्स का कार्यान्वयन स्पष्ट होना चाहिए: हम वर्तमान वर्ग के क्षेत्र को आरंभीकृत करते हैं और शेष तर्कों के साथ बेस क्लास कॉस्ट्रक्टर कहते हैं।

सेट / तरीके प्राप्त करें

अगला कदम वर्ग के डेटा क्षेत्रों के लिए बसने और पाने वालों को लागू करना है। एक बार में सभी क्षेत्रों को प्राप्त करने और लिखने की जो विधियाँ हैं वे लागू करने के लिए सरल हैं और यहाँ नहीं दी गई हैं। एक और अधिक दिलचस्प स्थिति यह है कि, एक गेटर के साथ, जो एक क्षेत्र के संख्यात्मक सूचकांक को टेम्पलेट तर्क के रूप में स्वीकार करता है। इसे कार्यान्वित करने के लिए, हमें कुछ सहायक वर्ग की आवश्यकता होती है जो हमें अपनी विरासत श्रृंखला में Tuple प्रकारों को अनुक्रमित करने की अनुमति देता है: सूचकांक 0 के साथ एक प्रकार सबसे कम वंशज है, सूचकांक 1 के साथ इसके तत्काल पूर्वज, आदि। प्रेरण द्वारा। बहुत से संचारित करते समय, हमें संकलन चरण में एक त्रुटि मिलनी चाहिए। आप इंडेक्स 0 के लिए टर्मिनेशन विशेषज्ञता को परिभाषित करके और इंडेक्स एन के साथ तात्कालिकता के माध्यम से इंडेक्स एन के लिए एक अधिक सामान्य परिभाषा को परिभाषित करके इस तरह की एक कक्षा बना सकते हैं - 1. हम अपने "इंडेक्सर" के अंदर tuple प्रकार को स्वयं (या typedef ) के रूप में परिभाषित करेंगे। चलो हमारे वर्ग को सादे TupleIndexer ।

 template <class T, class ... REST> class Tuple; template <unsigned int INDEX, class T, class ... REST> class TupleIndexer { public: using TupleIndexerDeeper = TupleIndexer<INDEX - 1, REST ...>; using TupleType = typename TupleIndexerDeeper::TupleType; }; template <class T, class ... REST> class TupleIndexer<0, T, REST ...> { public: using TupleType = Tuple<T, REST ...>; }; 

आगे हम इस तथ्य का लाभ उठाएंगे कि हमने कई विरासत का उपयोग नहीं किया है, लेकिन कक्षाओं की एक श्रृंखला का निर्माण किया है। हम वर्तमान Tuple क्लास को static_cast माध्यम से इंडेक्स द्वारा Tuple परिकलित करेंगे। Get विधि से वापसी मूल्य की गणना करने के लिए, हम बाईं ओर के क्षेत्र के लिए हमारे Tuple में एक समानार्थी शब्द Tuple और हम इसे इंडेक्स द्वारा प्राप्त Tuple प्राप्त करेंगे।

 template <class T, class ... REST> class Tuple : public Tuple<REST ...> { public: using LeftMemberType = T; template <unsigned int INDEX> using MemberTypeIndexed = typename tuple::TupleIndexer<INDEX, T, REST ...>::TupleType::LeftMemberType; template <unsigned int INDEX> using TupleTypeIndexed = typename tuple::TupleIndexer<INDEX, T, REST ...>::TupleType; template <unsigned int INDEX> inline const MemberTypeIndexed<INDEX> & Get() const; // ... }; template <class T, class ... REST> template <unsigned int INDEX> inline const typename Tuple<T, REST ...>::template MemberTypeIndexed<INDEX> & Tuple<T, REST ...>::Get() const { return static_cast<const TupleTypeIndexed<INDEX> *>(this)->mMember; } 

सेटर का कार्यान्वयन नहीं दिया गया है, क्योंकि यह गटर के समान है। दुर्भाग्य से, इस टपल में सूचकांक पर एक पूर्ण चलना असंभव है (क्या यह आवश्यक है?), क्योंकि हमें वापसी मूल्य के प्रकार को जानना होगा।

SubTuple

अगला कदम जिसका मैं वर्णन करना चाहूंगा, वह दूसरे के क्षेत्रों के कुछ संयोजन से एक टपल बनाने की क्षमता को जोड़ रहा है। सबसे सरल विकल्प एक टेम्पलेट विधि है जो कि सूचकांकों की एक चर संख्या को स्वीकार करती है, जिसके अनुसार खेतों को ले जाया जाएगा और नए Tuple के निर्माता को हस्तांतरित किया जाएगा।

 template <class T, class ... REST> class Tuple : public Tuple<REST ...> { public: using LeftMemberType = T; template <unsigned int INDEX> using MemberTypeIndexed = typename tuple::TupleIndexer<INDEX, T, REST ...>::TupleType::LeftMemberType; template <unsigned int ... INDICES> using SubTupleTypeIndexed = Tuple<MemberTypeIndexed<INDICES> ...>; template <unsigned int ... INDICES> inline SubTupleTypeIndexed<INDICES ...> MakeTuple() const { return Tuple<MemberTypeIndexed<INDICES> ...>(Get<INDICES>() ...); } // ... }; 

लेकिन यह हमारे लिए पर्याप्त नहीं है। हम एक टेम्पलेट विधि को लागू करते हैं जो सूचकांक की एक सीमा को स्वीकार करता है और एक दिए गए सीमा से सूचकांक के साथ प्रकारों द्वारा निर्दिष्ट एक Tuple लौटाता है। अर्थात्:

 template <unsigned int A, unsigned int B> inline SubTupleTypeRanged<A, B> MakeSubTuple() const; 

जैसा कि आप अनुमान लगा सकते हैं, हमें एक और सहायक वर्ग की आवश्यकता है, जो हमें सूचकांक द्वारा लौटाए गए Tuple के प्रकार की गणना करने की अनुमति देता है, न कि सूचकांक द्वारा। ऐसा करने के लिए, हम FlexFerrum के लेख से विधि के समान एक तकनीक का उपयोग करेंगे। आइए एक वर्ग बनाते हैं जो एक सीमा को टेम्पलेट पैरामीटर (ए और बी) के रूप में लेता है और एक निश्चित वर्ग के पर्याय को ए से बी तक निर्दिष्ट करता है। वह वर्ग, बदले में, हमारे लिए Tuple प्रकार की गणना करेगा। हमारी कक्षाओं के नाम क्रमशः Range और Indices चयन करेंगे।

Tuple वर्ग का एक कार्यान्वयन, जो Tuple टेम्पलेट के संबंधित प्रकार को Tuple करता है:

 template <class T, class ... REST> class Tuple; template <unsigned int ... INDICES> class Indices { public: template <class T, class ... REST> using SubTupleType = Tuple<typename Tuple<T, REST ...>::template MemberTypeIndexed<INDICES> ...>; protected: private: }; 

वास्तविक सीमा का कार्यान्वयन:

 template <unsigned int A, unsigned int B> class Range { public: using RangeLesser = Range<A, B + (A < B ? - 1 : 1)>; template <unsigned int ... INDICES> using IndicesExtendable = typename RangeLesser::template IndicesExtendable<B, INDICES ...>; using Indices = IndicesExtendable<>; protected: private: }; template <unsigned int INDEX> class Range<INDEX, INDEX> { public: template <unsigned int ... INDICES> using IndicesExtendable = tuple::Indices<INDEX, INDICES ...>; using Indices = IndicesExtendable<>; protected: private: }; 

इस मामले में, समाप्त करने वाली शाखा समान शुरुआत और अंत (लंबाई = 0) के साथ एक सीमा है। N की लंबाई के साथ एक सीमा IndicesExtendable पैटर्न को N से एक सीमा से IndicesExtendable पैटर्न के माध्यम से परिभाषित करती है - 1. सरल शब्दों में, हम धीरे-धीरे रेंज को एक की इकाइयों में एक बिंदु तक खींचते हैं। यदि आप विपरीत दिशा में टाइप इंट्रैक्शन की प्रक्रिया का निरीक्षण करते हैं, तो रेंज एक्सटेंशन के प्रत्येक पुनरावृत्ति पर, IndicesExtendable टेम्पलेट के लिए एक नया पर्यायवाची को एक नया टेम्पलेट पैरामीटर जोड़कर IndicesExtendable - पिछले पुनरावृत्ति से Indicesxtxtable टेम्पलेट के लिए एक और सूचकांक। इस प्रकार Range<1, 4> में Indices = Indices<1, 2, 3, 4> । यह श्रेणी वर्ग विपरीत मामले के लिए भी काम करता है - Range<4, 1> । इससे Indices<4, 3, 2, 1> टाइप होगा।

एक और विस्तार इस तथ्य से संबंधित है कि MakeSubTuple विधि में हमें किसी तरह से सही फ़ील्ड के साथ कंस्ट्रक्टर को तर्क के रूप में कॉल करने की आवश्यकता होती है। आप इसे एक अन्य MakeTuple पद्धति से जोड़कर कर सकते हैं जो Indices को एक पैरामीटर के रूप में स्वीकार करता है। यह टेम्पलेट विधि को निर्दिष्ट करने का एक और तरीका है।

 template <unsigned int ... INDICES> inline SubTupleTypeIndexed<INDICES ...> MakeTuple(const Indices<INDICES ...> &) const; 

इस पद्धति का कार्यान्वयन पहले के समान है। विधि के शरीर में, पैरामीटर को केवल अनदेखा किया जाता है। अब हम बिना टेम्पलेट मापदंडों को पास किए कॉल कर सकते हैं:

 t.MakeTuple(Indices<1, 2, 3>) //  ,   t.MakeTuple<1, 2, 3>() 

अब सब कुछ तैयार है और हम सीधे MakeSubTuple विधि के कार्यान्वयन के लिए जा सकते हैं। हमें केवल वे इंडेक्स मिलते हैं जिनकी हमें रेंज से आवश्यकता होती है, इसे स्टैक पर या स्थिर वैरिएबल के रूप में MakeTuple और इसे विस्तारित MakeTuple

 template <class T, class ... REST> class Tuple : public Tuple<REST ...> { public: template <unsigned int A, unsigned int B> using SubTupleTypeRanged = typename Range<A, B>::Indices::template SubTupleType<T, REST ...>; template <unsigned int A, unsigned int B> inline SubTupleTypeRanged<A, B> MakeSubTuple() const { return MakeTuple(typename Range<A, B>::Indices()); } // ... }; 

लागू करने के बारे में विचार अभी भी एक अन्य MakeTuple विधि है जो टेम्पलेट प्रकार के मापदंडों की एक चर संख्या को स्वीकार करता है ( MakeTuple या Range द्वारा निर्दिष्ट, अन्यथा संकलन चरण में एक त्रुटि)। इस तरह की विधि का रिटर्न मान एक उदाहरण का उपयोग करके बेहतर समझा जाता है:

Tuple<char, int, double, float>::MakeTuple<Indices<3, 3>, Range<0, 1>, Indices<2>> Tuple<float, float, char, int, double> को लौटा Tuple<float, float, char, int, double>

दो MakeTuple विधियों को एक में जोड़ा जा सकता है, जो पैरामीटर को एक डिफ़ॉल्ट मान देता है। यह संभावना नहीं है कि स्टैक पर एक खाली वर्ग को तत्काल करना कम से कम कोई महत्वपूर्ण ओवरहेड देता है, इसलिए आपको इस मामले में प्रदर्शन के बारे में चिंता करने की आवश्यकता नहीं है।

बोनस

इसके अलावा, मैं एक और दिलचस्प विधि का वर्णन करना चाहूंगा - Invoke । यह एक पैरामीटर के रूप में सब कुछ लेता है जिसे आप हमारे Tuple के क्षेत्रों के अनुरूप पैरामीटर के साथ एक फ़ंक्शन कॉल ऑपरेटर लागू कर सकते हैं। Tuple साथ काम करने के लिए हमारा तंत्र पहले Tuple ही अतिरिक्त संस्थाओं को शुरू किए बिना इस तरह की विधि को लागू करने के लिए पर्याप्त रूप से विकसित है। एक BUT - फ़ंक्शन / फ़ंक्टर / लैम्ब्डा / आदि को पास करने के लिए फ़ील्ड सूचकांकों के साथ विधि को निर्दिष्ट नहीं करने के लिए, हमें फिर से उसी चाल का उपयोग करना होगा जैसे MakeSubTuple के मामले में।

 template <class CALLABLE, unsigned int ... INDICES> inline void Invoke(CALLABLE & _function, const Indices<INDICES ...> &) { _function(Get<INDICES>()...); } template <class CALLABLE> inline void Invoke(CALLABLE & _function) { Invoke(_function, typename Range<0, mIndex>::Indices()); } 

इस पद्धति के बारे में क्या उल्लेखनीय है? और यह तथ्य कि इसके साथ हमारा Tuple वर्ग स्व-लिखित Bind वर्ग के लिए एक तरह के मूल में बदल जाता है। यहां उनकी पूर्णता की घोषणा की गई है:

 template <class ... ARGS> class Bind { public: using Function = std::function<void (ARGS ...)>; using Tuple = tuple::Tuple<ARGS ...>; Bind(Function _function, const ARGS & ... _args): mFunction(_function), mTuple(_args ...) { } void operator() () { mTuple.Invoke(mFunction); } private: Function mFunction; Tuple mTuple; }; 

बेशक, यह ध्यान में नहीं रखा गया है कि CALLABLE रिटर्न प्रकार हो सकता है, लेकिन इस समस्या का समाधान इस लेख के दायरे से बाहर है।

सारांश

संक्षेप में, मैं यह नोट करना चाहूंगा कि Tuple वर्ग के सभी तरीके काफी तेजी से निकले, क्योंकि कोई रनटाइम गणना का उपयोग नहीं किया जाता है।

Variadic Templates आपको कोड की बहुत संकुचित संख्या में एक टपल को लागू करने की अनुमति देते हैं। कोड दोहराव के साथ एकमात्र समस्या Tuple - Tuple. , , , . Get . Get . .

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en.wikipedia.org/wiki/Variadic_template
habrahabr.ru/post/101430 वर्ग Tuple - Tuple. , , , . Get . Get . .

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habrahabr.ru/post/101430