Wie kann man über die Elemente eines std::tuple iterieren?

Question

Wie kann ich über ein Tupel iterieren (mit C++11)? Ich habe das Folgende versucht:

for(int i=0; i<std::tuple_size<T...>::value; ++i) 
  std::get<i>(my_tuple).do_sth();

aber das funktioniert nicht:

Fehler 1: sorry, unimplementiert: kann 'Listener ...' nicht in eine Argumentliste mit fester Länge erweitern.
Fehler 2: i kann nicht in einem konstanten Ausdruck vorkommen.

Wie kann ich also korrekt über die Elemente eines Tupels iterieren?

Answer 1

Eine andere Möglichkeit wäre, Iteratoren für Tupel zu implementieren. Dies hat den Vorteil, dass Sie eine Vielzahl von Algorithmen verwenden können, die von der Standardbibliothek und bereichsbasierten for-Schleifen bereitgestellt werden. Ein eleganter Ansatz hierfür wird hier erläutert https://foonathan.net/2017/03/tuple-iterator/ . Die Grundidee besteht darin, Tupel in einen Bereich zu verwandeln mit begin() y end() Methoden, um Iteratoren bereitzustellen. Der Iterator selbst gibt ein std::variant<...> die dann mit std::visit .

Hier einige Beispiele:

auto t = std::tuple{ 1, 2.f, 3.0 };
auto r = to_range(t);

for(auto v : r)
{
    std::visit(unwrap([](auto& x)
        {
            x = 1;
        }), v);
}

std::for_each(begin(r), end(r), [](auto v)
    {
        std::visit(unwrap([](auto& x)
            {
                x = 0;
            }), v);
    });

std::accumulate(begin(r), end(r), 0.0, [](auto acc, auto v)
    {
        return acc + std::visit(unwrap([](auto& x)
        {
            return static_cast<double>(x);
        }), v);
    });

std::for_each(begin(r), end(r), [](auto v)
{
    std::visit(unwrap([](const auto& x)
        {
            std::cout << x << std::endl;
        }), v);
});

std::for_each(begin(r), end(r), [](auto v)
{
    std::visit(overload(
        [](int x) { std::cout << "int" << std::endl; },
        [](float x) { std::cout << "float" << std::endl; },
        [](double x) { std::cout << "double" << std::endl; }), v);
});

Meine Umsetzung (die sich stark an den Erläuterungen im obigen Link orientiert):

#ifndef TUPLE_RANGE_H
#define TUPLE_RANGE_H

#include <utility>
#include <functional>
#include <variant>
#include <type_traits>

template<typename Accessor>
class tuple_iterator
{
public:
    tuple_iterator(Accessor acc, const int idx)
        : acc_(acc), index_(idx)
    {

    }

    tuple_iterator operator++()
    {
        ++index_;
        return *this;
    }

    template<typename T>
    bool operator ==(tuple_iterator<T> other)
    {
        return index_ == other.index();
    }

    template<typename T>
    bool operator !=(tuple_iterator<T> other)
    {
        return index_ != other.index();
    }

    auto operator*() { return std::invoke(acc_, index_); }

    [[nodiscard]] int index() const { return index_; }

private:
    const Accessor acc_;
    int index_;
};

template<bool IsConst, typename...Ts>
struct tuple_access
{
    using tuple_type = std::tuple<Ts...>;
    using tuple_ref = std::conditional_t<IsConst, const tuple_type&, tuple_type&>;

    template<typename T>
    using element_ref = std::conditional_t<IsConst,
        std::reference_wrapper<const T>,
        std::reference_wrapper<T>>;

    using variant_type = std::variant<element_ref<Ts>...>;
    using function_type = variant_type(*)(tuple_ref);
    using table_type = std::array<function_type, sizeof...(Ts)>;

private:
    template<size_t Index>
    static constexpr function_type create_accessor()
    {
        return { [](tuple_ref t) -> variant_type
        {
            if constexpr (IsConst)
                return std::cref(std::get<Index>(t));
            else
                return std::ref(std::get<Index>(t));
        } };
    }

    template<size_t...Is>
    static constexpr table_type create_table(std::index_sequence<Is...>)
    {
        return { create_accessor<Is>()... };
    }

public:
    static constexpr auto table = create_table(std::make_index_sequence<sizeof...(Ts)>{}); 
};

template<bool IsConst, typename...Ts>
class tuple_range
{
public:
    using tuple_access_type = tuple_access<IsConst, Ts...>;
    using tuple_ref = typename tuple_access_type::tuple_ref;

    static constexpr auto tuple_size = sizeof...(Ts);

    explicit tuple_range(tuple_ref tuple)
        : tuple_(tuple)
    {
    }

    [[nodiscard]] auto begin() const 
    { 
        return tuple_iterator{ create_accessor(), 0 };
    }

    [[nodiscard]] auto end() const 
    { 
        return tuple_iterator{ create_accessor(), tuple_size };
    }

private:
    tuple_ref tuple_;

    auto create_accessor() const
    { 
        return [this](int idx)
        {
            return std::invoke(tuple_access_type::table[idx], tuple_);
        };
    }
};

template<bool IsConst, typename...Ts>
auto begin(const tuple_range<IsConst, Ts...>& r)
{
    return r.begin();
}

template<bool IsConst, typename...Ts>
auto end(const tuple_range<IsConst, Ts...>& r)
{
    return r.end();
}

template <class ... Fs>
struct overload : Fs... {
    explicit overload(Fs&&... fs) : Fs{ fs }... {}
    using Fs::operator()...;

    template<class T>
    auto operator()(std::reference_wrapper<T> ref)
    {
        return (*this)(ref.get());
    }

    template<class T>
    auto operator()(std::reference_wrapper<const T> ref)
    {
        return (*this)(ref.get());
    }
};

template <class F>
struct unwrap : overload<F>
{
    explicit unwrap(F&& f) : overload<F>{ std::forward<F>(f) } {}
    using overload<F>::operator();
};

template<typename...Ts>
auto to_range(std::tuple<Ts...>& t)
{
    return tuple_range<false, Ts...>{t};
}

template<typename...Ts>
auto to_range(const std::tuple<Ts...>& t)
{
    return tuple_range<true, Ts...>{t};
}

#endif

Der Nur-Lese-Zugriff wird auch durch die Übergabe einer const std::tuple<>& a to_range() .

Answer 2

Wenn Sie std::tuple verwenden möchten und einen C++-Compiler haben, der variadische Vorlagen unterstützt, versuchen Sie den folgenden Code (getestet mit g++4.5). Dies sollte die Antwort auf Ihre Frage sein.

#include <tuple>

// ------------- UTILITY---------------
template<int...> struct index_tuple{}; 

template<int I, typename IndexTuple, typename... Types> 
struct make_indexes_impl; 

template<int I, int... Indexes, typename T, typename ... Types> 
struct make_indexes_impl<I, index_tuple<Indexes...>, T, Types...> 
{ 
    typedef typename make_indexes_impl<I + 1, index_tuple<Indexes..., I>, Types...>::type type; 
}; 

template<int I, int... Indexes> 
struct make_indexes_impl<I, index_tuple<Indexes...> > 
{ 
    typedef index_tuple<Indexes...> type; 
}; 

template<typename ... Types> 
struct make_indexes : make_indexes_impl<0, index_tuple<>, Types...> 
{}; 

// ----------- FOR EACH -----------------
template<typename Func, typename Last>
void for_each_impl(Func&& f, Last&& last)
{
    f(last);
}

template<typename Func, typename First, typename ... Rest>
void for_each_impl(Func&& f, First&& first, Rest&&...rest) 
{
    f(first);
    for_each_impl( std::forward<Func>(f), rest...);
}

template<typename Func, int ... Indexes, typename ... Args>
void for_each_helper( Func&& f, index_tuple<Indexes...>, std::tuple<Args...>&& tup)
{
    for_each_impl( std::forward<Func>(f), std::forward<Args>(std::get<Indexes>(tup))...);
}

template<typename Func, typename ... Args>
void for_each( std::tuple<Args...>& tup, Func&& f)
{
   for_each_helper(std::forward<Func>(f), 
                   typename make_indexes<Args...>::type(), 
                   std::forward<std::tuple<Args...>>(tup) );
}

template<typename Func, typename ... Args>
void for_each( std::tuple<Args...>&& tup, Func&& f)
{
   for_each_helper(std::forward<Func>(f), 
                   typename make_indexes<Args...>::type(), 
                   std::forward<std::tuple<Args...>>(tup) );
}

boost::fusion ist eine weitere Option, die jedoch einen eigenen Tupeltyp erfordert: boost::fusion::tuple. Halten wir uns lieber an den Standard! Hier ist ein Test:

#include <iostream>

// ---------- FUNCTOR ----------
struct Functor 
{
    template<typename T>
    void operator()(T& t) const { std::cout << t << std::endl; }
};

int main()
{
    for_each( std::make_tuple(2, 0.6, 'c'), Functor() );
    return 0;
}

die Macht der variablen Vorlagen!

Answer 3

In MSVC STL gibt es eine Funktion _For_each_tuple_element (nicht dokumentiert):

#include <tuple>

// ...

std::tuple<int, char, float> values{};
std::_For_each_tuple_element(values, [](auto&& value)
{
    // process 'value'
});

Answer 4

Verwendung von constexpr y if constexpr (C++17) ist dies ziemlich einfach und unkompliziert:

template <std::size_t I = 0, typename ... Ts>
void print(std::tuple<Ts...> tup) {
  if constexpr (I == sizeof...(Ts)) {
    return;
  } else {
    std::cout << std::get<I>(tup) << ' ';
    print<I+1>(tup);
  }
}

Answer 5

Andere haben einige gut gestaltete Bibliotheken von Drittanbietern erwähnt, auf die Sie zurückgreifen können. Wenn Sie jedoch C++ ohne diese Bibliotheken von Drittanbietern verwenden, kann der folgende Code helfen.

namespace detail {

template <class Tuple, std::size_t I, class = void>
struct for_each_in_tuple_helper {
  template <class UnaryFunction>
  static void apply(Tuple&& tp, UnaryFunction& f) {
    f(std::get<I>(std::forward<Tuple>(tp)));
    for_each_in_tuple_helper<Tuple, I + 1u>::apply(std::forward<Tuple>(tp), f);
  }
};

template <class Tuple, std::size_t I>
struct for_each_in_tuple_helper<Tuple, I, typename std::enable_if<
    I == std::tuple_size<typename std::decay<Tuple>::type>::value>::type> {
  template <class UnaryFunction>
  static void apply(Tuple&&, UnaryFunction&) {}
};

}  // namespace detail

template <class Tuple, class UnaryFunction>
UnaryFunction for_each_in_tuple(Tuple&& tp, UnaryFunction f) {
  detail::for_each_in_tuple_helper<Tuple, 0u>
      ::apply(std::forward<Tuple>(tp), f);
  return std::move(f);
}

Hinweis: Der Code lässt sich mit jedem Compiler kompilieren, der C++11 unterstützt, und ist mit dem Design der Standardbibliothek konsistent:

1. Das Tupel muss nicht sein std::tuple und kann stattdessen alles sein, was die std::get y std::tuple_size ; im Besonderen, std::array y std::pair verwendet werden können;

2. Das Tupel kann ein Referenztyp oder cv-qualifiziert sein;

3. Sie hat ein ähnliches Verhalten wie std::for_each und gibt die Eingabe UnaryFunction ;

4. Für Benutzer von C++14 (oder einer neueren Version), typename std::enable_if<T>::type y typename std::decay<T>::type könnten durch ihre vereinfachte Version ersetzt werden, std::enable_if_t<T> y std::decay_t<T> ;

5. Für Benutzer von C++17 (oder einer neueren Version), std::tuple_size<T>::value könnte durch seine vereinfachte Version ersetzt werden, std::tuple_size_v<T> .

6. Für Benutzer von C++20 (oder einer neueren Version) ist die SFINAE könnte mit der Funktion Concepts .