2

Мне приходится работать с динамически-типизированными объектами:

struct DynamicObject { /* реализация */ };

Для распаковки/упаковки статических типов служит семейство конвертеров, которые представляют собой специализации общего шаблона для конкретных типов:

template<typename T>
struct DynamicObjectConverter {
    static inline T unpack(DynamicObject) { return T(); };
    static inline DynamicObject pack(T) { return DynamicObject(); };
};

API приложения представляет собой набор статических методов с самыми разными сигнатурами (т.е. все они принимают различное количество аргументов различных типов и возвращают значения различных типов). Например:

struct Application {
    static inline long function(char arg1, int arg2) { return 42; };
};

Для каждой такой функции мне приходится писать обертки для работы с объектами DynamicObject. Например, для вышеприведенной Application::function это выглядит так:

DynamicObject wrapped_function(DynamicObject arg_1_object, DynamicObject arg_2_object) {
    auto arg_1 = DynamicObjectConverter<char>::unpack(arg_1_object);
    auto arg_2 = DynamicObjectConverter<int>::unpack(arg_2_object);
    auto result = Application::function(arg_1, arg_2);
    return DynamicObjectConverter<long>::pack(result);
}

За счет того, что все статические методы DynamicObjectConverter::unpack, DynamicObjectConverter::pack и Application::function являются встраиваемыми, компилятор генерирует одну монолитную функцию, принимающую/возвращающую DynamicObject, которая избавлена от промежуточных вызовов и очень сильно оптимизирована внутри.

Но я считаю, что подобные обертки должны генерироваться автоматически с использованием шаблона:

int test() {
    auto arg_1 = DynamicObject();
    auto arg_2 = DynamicObject();
    // Вместо этого:
    DynamicObject result = wrapped_function(arg_1, arg_2);
    // Я хочу писать так:
    DynamicObject result = wrapped<Application::function>(arg_1, arg_2);
};

Проблема в том, что если параметром шаблона является статический метод, то внутри шаблона я не могу получить типы возвращаемого значения и аргументов, количество которых также может быть различно. Такой вариант шаблонна, конечно, не скомпилируется:

template <typename F>
DynamicObject wrapped(std::initializer_list<DynamicObject> objects) {
    // как во время компиляции гарантировать количество аргументов ? 
    auto objects_iter = objects.begin();
    // как из F получить Arg1Type, Arg2Type и типы остальных аргументов ?
    auto arg_1 = DynamicObjectConverter<Arg1Type>::unpack(*(objects_iter++));
    auto arg_2 = DynamicObjectConverter<Arg2Type>::unpack(*objects_iter);
    // как обобщить это на случай другого количества аргументов ? 
    auto result = F(arg_1, arg_2);
    // как из F получить ResultType
    return DynamicObjectConverter<ResultType>::pack(result);
}

Возможна ли вообще реализация простого в пользовании шаблонна такой "обертки"? Или это выходит за рамки возможностей языка?

Update:

Уточню, что конечной целью является экспортирование API, состоящего из обернутых функций, принимающих/возвращающих динамические объекты так, чтобы в них оказались встроены тела оригинальных оборачиваемых функций, работающих со статическими типами. При том, что API состоит из большого количества мелких функций с различными сигнатурами, очень важно, чтобы их оборачивание и экспортирование осуществлялось наиболее удобным образом, по возможности с минимальным дублированием кода, без необходимости вручную указывать типы, которые можно вывести из сигнатур функций.

Update 2:

Некоторый прогресс в решении: http://cpp.sh/2gsa - то, чего я достиг на данный момент. Это демонстрирует принципиальную возможность использования шаблонов, для генерации оберток, удовлетворяющих условиям задачи. Остается один недостаток в необходимости указания принимаемых/возвращаемых типов для оборачиваемой функции при инстанциации такого шаблона:

    wrapped<long, char, int>::function<Application::test>

Остается найти возможность вывода этих типов (и их количества) из сигнатуры оборачиваемой функции.

7
  • Ну я бы попробовал перегрузить десяток вариантов функции wrapped для разного количества аргументов. Как-то так. Предлагаю такой вариант потому что не смог придумать как вызвать функцию unpack к каждому аргументу функции обертки, если обобщить wrapped при помощи variadic templates. 30 июл 2016 в 17:43
  • Если отказаться от идеи с функцией оберткой, то проблему может решить добавление в DynamicObject шаблонного конструктора и operator T. Решение, на мой взгляд, получается более универсальное и короткое. 30 июл 2016 в 18:50
  • @yrhetatejlb : Концентрируя работу со всеми (?) статическими типами внутри класса DynamicObject я теряю гибкость решения и возможно впоследствии расширять набор статических типов, для которых определены преобразования. Насколько я понимаю устройство стандартной библиотеки - там подобные проблемы принято решать введением type traits, у меня эту роль играет DynamicObjectConverter.
    – cridnirk
    30 июл 2016 в 20:08
  • ну можно написать шаблонную обертку для DynamicObject. У которой будет необходимый конструктор и оператор приведения типа. Шаблонный параметром будет конвертер. Не знаю что у вас там в проекте происходит, но рекомендую не переусложнять. Можно хоть до бесконечности писать фабрики, адаптеры и обертки. И в итоге получить это 30 июл 2016 в 20:28
  • @yrhetatejlb : В вашем первом варианте не происходит компиляции обертки вместе с оборачиваемой функцией. Вместо этого происходит динамическая (во время исполнения) передача в обертку указателя на функцию. Я в своем коде специально использую статические методы классов вместо независимых функций, чтобы в шаблонах избегать передачи функции по указателю, и заставить компилятор встраивать в шаблон сами тела функций, а это возможно только при использовании, определенных в том месте, методов классов.
    – cridnirk
    30 июл 2016 в 20:35

3 ответа 3

4
+50

Всё довольно просто:

template<typename R, typename... A, typename... P>
DynamicObject wrapped(R(*f)(A...), P&&... p) {
    static_assert(sizeof...(A) == sizeof...(P), "");
    auto&& result = f(DynamicObjectConverter<A>::unpack(p)...);
    return DynamicObjectConverter<R>::pack(std::move(result));
}

// Вызов:
DynamicObject result = wrapped(&Application::function, arg_1, arg_2);

Типы аргументов и возвращаемого значения выводятся в R(*f)(A...).

static_assert(sizeof...(A) == sizeof...(P), ""); не обязателен, но позволяет получить более красивое сообщение об ошибке.

Выражение f(DOC<A>::unpack(p)...) преобразует переданные параметры в нужные типы и вызывает функцию.

auto&& result = f(); не работает если функция возвращает void. Для этого случая надо писать отдельную специализацию.

f должна быть аргументом wrapped, а не параметром шаблона. Потому что иначе придется писать

template<typename R, typename... A, R(*f)(A...), typename... P>
DynamicObject wrapped(P&&... p);
// Вызов:
wrapped<decltype(f), f>(arg1, arg2);

(В С++17 это починят, можно будет писать template<auto f>)

5
  • Если оборачиваемая функция передается в обертку по ссылке, то, во-первых, не получится встраивания тела этой функции в обертку, что позволило бы компилятору (при тривиальной логике распаковщиков/упаковщиков) провести мощную оптимизацию и исключить двойную передачу аргументов в обертку и в оборачиваемую функцию. Во-вторых, чтобы экспортировать API, представляющее собой обернутые функции, требуется дополнительно писать (копировать схожий код) для каждой такой функции, что почти эквивалентно написанию (копированию) схожих друг с другом оберток без использования шаблонов.
    – cridnirk
    2 авг 2016 в 14:46
  • @cridnirk Офтоп конечно и не мое дело, но я бы вам порекомендовал не зацикливаться так на встравании. Во-первых вы не можете явно заставить комплятор встраивать функции, во-вторых встраивание эффективно когда контекст вызова более насыщен т.к. у компилятора появляется больше возможностей чтобы поиграть в оптимизацию, сособенно в циклах. Поэтому эти усилия не стоят копеешного выигрыша который вы скорее всего получите. Порофилировщик ответит на вопрос стоит ли этим заниматься.
    – Cerbo
    2 авг 2016 в 16:00
  • Во-первых, я всегда контролирую генерируемый компилятором код (ассемблерный листинг) когда меня интересует производительность и всегда ориентируюсь на тот код, который желаю получить на выходе. Я бы не использовал высокоуровневые абстракции и ООП вообще, если бы не был уверен, что компилятор все это выкинет без следа и сгенерериет код, аналогичный тому, что я мог бы написать на чистом C. Я использую C++ потому, что это единственный из распространенных ЯВУ, который благодаря механизму шаблонов способен генерировать желаемый код (а не кучу функций), не принося в жертву высокоуровневые абстракции
    – cridnirk
    2 авг 2016 в 17:36
  • @Cerbo: (прошлый комментарий тоже вам). Во-вторых, конкретно в данном случае встраивание крайне эффективно потому, что кроме собственно удаления вызовов (call), удаляется еще весь код, отвечающий за передачу параметров, а в случае тривиальных распаковщиков/упаковщиков (проверка поля, определяющего тип и возврат значения из другого поля) и простой логики оборачиваемых функций, такой код может составлять большую часть объема и влиять на производительность в разы. Без этой оптимизации отделение кода распаковщиков/упаковщиков не было бы оправданно несмотря на все удобство и красоту такого подхода.
    – cridnirk
    2 авг 2016 в 17:59
  • @Abyx: Посоветуйте пожалуйста такой язык (общего назначения или DSL), который бы генерировал код так, как это позволяют шаблоны C++. Решаемая мной проблема пришла как раз из практики: C++ как инструмент был выбран после того как были перепробованы все более простые подходы. Это уже третья (или четвертая) реализации моей библиотеки для Python. Предыдущие были на основе Cython и Numba (numba.pydata.org) - в целом это эффективные инструменты, но не позволяющие сочетать высокоуровневые концепции с требуемым уровнем производительности и заставляющие выбирать одно из двух.
    – cridnirk
    2 авг 2016 в 18:12
1

Предлагаю просто добавить шаблонный конструктор и оператор приведения в DynamicObject:

class DynamicObject
{
// ...
    template<typename T>
    DynamicObject(T arg)
    {
        *this = DynamicObjectConverter<T>::pack(arg);
    }

    template<typename T>
    operator T () const
    {
        return DynamicObjectConverter<T>::unpack(*this);
    }

// ...
};

В результате никаких обверток вам не понадобится, можно будет функции библиотеки использовать напрямую:

auto arg1 = DynamicObject(10);
auto arg2 = DynamicObject(20);
DynamicObject result = Application::function(arg1, arg2);
4
  • Я ему уже это предлагал. И даже код у меня с вами один в один. Но автора чем-то такое решение не устроило. Можете посмотреть обсуждение 1 авг 2016 в 19:33
  • Я уточнил (обновил) вопрос с учетом того, что мое API состоит из десятков не обернутых функций (работающих с конкретными статическими типами и имеющих разные сигнатуры), мне требуется экспортировать API, состоящие из обернутых функций (работающих с динамическими объектами условно одного типа). Как ваше решение (возможно, дополненное) поможет это реализовать без массового дублирования кода?
    – cridnirk
    2 авг 2016 в 15:20
  • @cridnirk То есть вы хотите чтобы исходный АПИ был полностью скрыт
    – Cerbo
    2 авг 2016 в 15:50
  • Цель - Экспорт API, состоящего из обернутых функций, которые генерируются из не обернутых. Я не хочу модифицировать исходное API, чтобы заставить все функции работать с динамическими объектами, так как это размажет реализацию распаковщиков/упаковщиков по всему коду, вызовет дублирование кода и закроет дальнейшую возможность изменения/расширения реализации распаковщиков/упаковщиков отдельно от остального кода. Поэтому логика разделена на распаковщики/упаковщики, отвечающие за подготовку аргументов и возвращаемых значений и, внутренне API, независимое от динамической природы внешней среды.
    – cridnirk
    2 авг 2016 в 16:57
0

К тому что вы уже написали добавьте это:

template<class R, class ...Args>
constexpr wrapped<R, Args...> makeWrapped(R(Args...)){
    return wrapped<R, Args...>();
}
#define WRAPPED(func) makeWrapped(func).function<func>

и пишите

static constexpr DynamicFunction DynamicAPI[] = {
    WRAPPED(Application::test)
}

http://cpp.sh/4hri

Ваш ответ

By clicking “Отправить ответ”, you agree to our terms of service and acknowledge that you have read and understand our privacy policy and code of conduct.

Всё ещё ищете ответ? Посмотрите другие вопросы с метками или задайте свой вопрос.