باستخدام أعضاء وظيفة القالب كمعلمات قالب في C ++

تبسيط مكالمات وظيفة قالب في C ++

القوالب هي حجر الزاوية في برمجة C ++ الحديثة ، مما يمكّن المطورين من كتابة رمز مرن وقابل لإعادة الاستخدام. ومع ذلك ، فإن العمل مع أعضاء وظيفة القالب غالبًا ما يقدم غلاية متكررة ، والتي يمكن أن تشوش قاعدة الشفرة وتقليل قابلية القراءة. هذا يثير السؤال: هل يمكننا تبسيط مثل هذه الأنماط؟

تخيل سيناريو يكون لديك فيه وظائف عضوية متعددة في الفصل ، كل منها يعمل على سلسلة من أنواع مثل `char` و` int` و `float`. بدلاً من استدعاء كل وظيفة لكل نوع يدويًا ، ألا يكون من الرائع مركزية المنطق في وظيفة مرسل نظيفة وأنيقة؟ هذا من شأنه أن يقلل بشكل كبير من التكرار ويحسن الصيانة. 🚀

قد تبدو محاولة تمرير وظائف الأعضاء المعبدين كمعلمات القالب كحل طبيعي. ومع ذلك ، فإن تحقيق ذلك ليس واضحًا بسبب تعقيدات نظام نوع C ++ وبناء جملة القالب. غالبًا ما يصادف المطورون أخطاء برنامج التحويل البرمجي عند محاولة تنفيذ مثل هذا النمط مباشرة.

في هذه المقالة ، سوف نستكشف ما إذا كان من الممكن تصميم وظيفة مرسل يمكن أن تكرر على سلسلة من الأنواع واستدعاء وظائف الأعضاء المحببين المختلفة. سنمر أيضًا من خلال أمثلة عملية لإظهار التحديات والحلول المحتملة. دعنا نغطس! 🛠

إتقان مرسلي وظيفة قالب في C ++

البرامج النصية المقدمة أعلاه تعالج تحديًا محددًا في C ++: استدعاء وظائف أعضاء القالب المختلفة لنفس تسلسل أنواع الإدخال بطريقة نظيفة وقابلة لإعادة الاستخدام. الهدف الأساسي هو تقليل رمز Boilerplate عن طريق إنشاء وظيفة مرسل مركزية. استخدام قالب metaprogramming، تعمل وظيفة "for_each_type`" على المكالمات إلى وظائف مثل "A" و "B` للأنواع المحددة مسبقًا ، مثل" Char "و` Int` و `Float`. يتم تحقيق ذلك من خلال الاستفادة من الأدوات المتقدمة مثل `std :: tuple` ، قوالب variadic ، والتعبيرات ، مما يجعل الحل مرنًا وفعالًا. 🚀

يركز النهج الأول على استخدام `std :: tuple` لعقد سلسلة من الأنواع. من خلال الجمع بين `std :: tuple_element` و` std :: index_sequence` ، يمكننا التكرار على هذه الأنواع في وقت الترجمة. يسمح هذا بتنفيذ `for_each_type` للاستدعاء وظيفة العضو المحبب الصحيحة لكل نوع بشكل ديناميكي. على سبيل المثال ، يضمن البرنامج النصي "أ() `،` a() `، و` أ() `تسمى بسلاسة بطريقة تشبه الحلقة ، دون أن يحدد المطور كل مكالمة يدويًا. هذه الطريقة ذات قيمة خاصة في السيناريوهات حيث توجد أنواع عديدة للتعامل معها ، مما يقلل من التعليمات البرمجية المتكررة. ✨

يستخدم النهج الثاني وظائف Lambda مع قوالب variadic لتحقيق وظائف مماثلة بطريقة أكثر إيجازا. هنا ، يتم تمرير Lambda إلى `for_each_type` ، والذي يكرر على حزمة النوع ويستدعي الوظيفة المناسبة لكل نوع. غالبًا ما يفضل نهج Lambda في برمجة C ++ الحديثة لأنه يبسط التنفيذ ويقلل من التبعيات على أدوات معقدة مثل tuples. على سبيل المثال ، هذا النهج يجعل من السهل تمديد مكالمات الوظائف أو تعديلها ، مثل استبدال `() `مع عملية مخصصة. هذه المرونة هي ميزة رئيسية عند تصميم رمز قابل لإعادة الاستخدام ويمكن صيانته في المشاريع الكبيرة.

تستفيد كلتا الطريقتين من ميزات C ++ 17 ، مثل تعبيرات أضعاف و `std :: make_index_sequence`. تعزز هذه الميزات الأداء من خلال ضمان حدوث جميع العمليات في وقت الترجمة ، مما يلغي النفقات العامة في وقت التشغيل. بالإضافة إلى ذلك ، يضيف إدراج معلومات نوع وقت التشغيل باستخدام "typeid" الوضوح ، خاصة لأغراض تصحيح الأخطاء أو التعليمية. يمكن أن يكون ذلك مفيدًا عند تصور الأنواع التي يتم معالجتها في المرسل. بشكل عام ، توضح الحلول المقدمة كيفية تسخير قوة قوالب C ++ لكتابة أنظف وأكثر رمز قابلة للصيانة. من خلال استخلاص المنطق المتكرر ، يمكن للمطورين التركيز على بناء تطبيقات قوية وقابلة للتطوير. 🛠

#include <iostream>
#include <tuple>
#include <utility>
template <typename... Types>
struct A {
    template <typename T>
    void a() {
        std::cout << "Function a with type: " << typeid(T).name() << std::endl;
    }
    template <typename T>
    void b() {
        std::cout << "Function b with type: " << typeid(T).name() << std::endl;
    }
    template <template <typename> class Fn, typename Tuple, std::size_t... Is>
    void for_each_type_impl(std::index_sequence<Is...>) {
        (Fn<std::tuple_element_t<Is, Tuple>>::invoke(*this), ...);
    }
    template <template <typename> class Fn>
    void for_each_type() {
        using Tuple = std::tuple<Types...>;
        for_each_type_impl<Fn, Tuple>(std::make_index_sequence<sizeof...(Types)>{});
    }
};
template <typename T>
struct FnA {
    static void invoke(A<char, int, float> &obj) {
        obj.a<T>();
    }
};
template <typename T>
struct FnB {
    static void invoke(A<char, int, float> &obj) {
        obj.b<T>();
    }
};
int main() {
    A<char, int, float> obj;
    obj.for_each_type<FnA>();
    obj.for_each_type<FnB>();
    return 0;
}

#include <iostream>
#include <tuple>
template <typename... Types>
struct A {
    template <typename T>
    void a() {
        std::cout << "Function a with type: " << typeid(T).name() << std::endl;
    }
    template <typename T>
    void b() {
        std::cout << "Function b with type: " << typeid(T).name() << std::endl;
    }
    template <typename Fn>
    void for_each_type(Fn fn) {
        (fn.template operator()<Types>(*this), ...);
    }
};
int main() {
    A<char, int, float> obj;
    auto call_a = [](auto &self) {
        self.template a<decltype(self)>();
    };
    auto call_b = [](auto &self) {
        self.template b<decltype(self)>();
    };
    obj.for_each_type(call_a);
    obj.for_each_type(call_b);
    return 0;
}

تحسين دالة القالب مع تقنيات C ++ المتقدمة

أحد الجوانب الأقل استحسانًا لاستخدام دالة القالب في C ++ هو ضمان المرونة للتمديدات المستقبلية مع الحفاظ على التنفيذ. المفتاح يكمن في الاستفادة تخصص قالب جنبا إلى جنب مع قوالب variadic. يتيح لك تخصص القالب تخصيص سلوك محدد لأنواع معينة ، وهو أمر مفيد بشكل خاص عندما تتطلب بعض الأنواع منطقًا مخصصًا. من خلال الجمع بين هذا مع وظيفة Dispatcher ، يمكنك إنشاء نظام أكثر قوة وقابلاً للتوسيع يتكيف ديناميكيًا مع المتطلبات الجديدة.

اعتبار آخر هو التعامل مع أخطاء وقت الترجمة بأمان. عند استخدام قوالب معقدة ، فإن مشكلة شائعة هي رسائل خطأ خفية تجعل تصحيح الأخطاء صعبة. للتخفيف من هذا ، يمكن استخدام المفاهيم أو sfinae (فشل الاستبدال ليس خطأ). تسمح المفاهيم ، التي تم تقديمها في C ++ 20 ، للمطورين بتقييد الأنواع التي تم تمريرها على القوالب ، مما يضمن استخدام أنواع صالحة فقط في المرسل. ينتج عن هذا رسائل خطأ أنظف ووضوح رمز أفضل. بالإضافة إلى ذلك ، يمكن أن توفر SFINAE تطبيقات احتياطية لأنواع غير مدعومة ، مما يضمن بقاء المرسل الخاص بك وظيفية حتى عند مواجهة حالات الحافة.

أخيرًا ، تجدر الإشارة إلى الآثار المترتبة على الأداء في metaprogramming القالب. نظرًا لأن معظم الحساب يحدث في وقت الترجمة ، فإن استخدام ميزات مثل `std :: tuple` أو تعبيرات الطية يمكن أن يزيد من أوقات الترجم بشكل كبير ، خاصة عند التعامل مع حزم النوع الكبيرة. لمعالجة ذلك ، يمكن للمطورين تقليل التبعيات عن طريق تقسيم المنطق المعقد إلى قوالب أصغر قابلة لإعادة الاستخدام أو الحد من عدد الأنواع التي تمت معالجتها في عملية واحدة. هذا التوازن بين الوظيفة وكفاءة وقت الترجمة أمر بالغ الأهمية عند تصميم تطبيقات C ++ القابلة للتطوير. 🚀