Проектирование конвейеров Iterator С++

Предположим, мы хотим применить ряд преобразований int f1(int), int f2(int), int f3(int) к списку объектов. Наивный способ был бы

SourceContainer source;

TempContainer1 temp1;
transform(source.begin(), source.end(), back_inserter(temp1), f1);
TempContainer2 temp2;
transform(temp1.begin(), temp1.end(), back_inserter(temp2), f2);

TargetContainer target;
transform(temp2.begin(), temp2.end(), back_inserter(target), f3);

Это первое решение не является оптимальным из-за необходимости дополнительного пространства с temp1 и temp2. Итак, давайте умнее с этим:

int f123(int n) { return f3(f2(f1(n))); }
...
SourceContainer source;
TargetContainer target;
transform(source.begin(), source.end(), back_inserter(target), f123);

Это второе решение намного лучше, потому что не только код проще, но, что более важно, требуется меньше пространства без промежуточных вычислений.

Однако композиция f123 должна определяться во время компиляции и, таким образом, фиксируется во время выполнения.

Как я попытаюсь сделать это эффективно, если состав будет определен во время выполнения? Например, если этот код был в службе RPC, а фактическая композиция, которая может быть любой перестановкой любого подмножества f1, f2 и f3 - основана на аргументах вызова RPC.

ОТВЕТЫ

Ответ 1

EDIT: рабочая версия http://ideone.com/5GxnW. Версия ниже имеет идеи, но не компилируется. Он поддерживает проверку типа времени выполнения и составную функцию времени выполнения.

Идея состоит в том, чтобы определить общий (унарный) класс функций и способ их компоновки с проверками типа времени выполнения. Это делается с помощью комбинации boost::any, boost::function и идиомы стирания типа.

#include <boost/any.hpp>
#include <boost/function.hpp>
#include <boost/shared_ptr.hpp>


template <typename T>
struct identity
{
    T operator()(const T& x) { return x; }
};

struct any_function
{
    template <typename Res, typename Arg>
    any_function(boost::function<Res, Arg> f)
    {
        impl = make_impl(f);
    }

    boost::any operator()(const boost::any& x)
    {
        return impl->invoke(x);
    }

    static any_function compose(const any_function& f,
                                const any_function& g)
    {
        any_function ans;
        ans.impl = compose_impl(f.impl, g.impl);
        return ans;
    }

    template <typename T>
    static any_function id()
    {
        using boost::function
        return any_function(function<T(T)>(identity<T>()));
    }

    template <typename Res, typename Arg>
    boost::function<Res(Arg)> to_function()
    {
        using boost::function;
        return function<Res(Arg)>(to_function_helper(impl));
    }

private:
    any_function() {}

    struct impl_type
    {
        virtual ~impl_type() {}
        virtual boost::any invoke(const boost::any&) = 0;
    };

    boost::shared_ptr<impl_type> impl;

    template <typename Res, typename Arg>
    static impl_type* make_impl(boost::function<Res(Arg)> f)
    {
        using boost::function;
        using boost::any;
        using boost::any_cast;

        class impl : public impl_type
        {
            function<Res(Arg)> f;

            any invoke(const any& x)
            {
                const Arg& a = any_cast<Arg>(x);
                return any(f(a));
            }

        public:
            impl(function<Res(Arg)> f) : f(f) {}
        };

        return new impl(f);
    }

    impl_type* compose_impl(boost::shared_ptr<impl_type> f,
                            boost::shared_ptr<impl_type> g)
    {
        using boost::any;
        using boost::shared_ptr;

        class impl : public impl_type
        {
            shared_ptr<impl> f, g;

            any invoke(const any& x)
            {
                return g->invoke(f->invoke(x));
            }

        public:
            impl(const shared_ptr<impl>& f,
                 const shared_ptr<impl>& g)
                : f(f), g(g)
            {}
        };

        return new impl(f, g);
    }

    struct to_function_helper
    {
        template <typename Res, typename Arg>
        Res operator()(const Arg& x)
        {
            using boost::any;
            using boost::any_cast;

            return any_cast<Res>(p->invoke(any(x)));
        }

        to_function_helper(const boost::shared_ptr<impl>& p) : p(p) {}

    private:
        boost::shared_ptr<impl> p;
    };
};

Теперь позвольте использовать стандартные алгоритмы и сделать это (это даже работает в пустых последовательностях):

// First function passed is evaluated first. Feel free to change.
template <typename Arg, typename Res, typename I>
boost::function<Res(Arg)> pipeline(I begin, I end)
{
    return std::accumulate(begin, end, 
        any_function::id<Arg>,
        std::ptr_fun(any_function::compose)
    ).to_function<Res, Arg>();
}

и используйте для его применения следующее:

std::vector<any_function> f;
std::vector<double> v;
std::vector<int> result;

std::transform(v.begin(), v.end(), 
    result.begin(), 
    pipeline<double, int>(f.begin(), f.end())
);

Вы даже можете использовать boost::transform_iterator

typedef boost::transform_iterator<
    boost::function<double, int>, 
    std::vector<double>::const_iterator
> iterator;

boost::function<double, int> f = pipeline<double, int>(f.begin(), f.end());
std::copy(iterator(v.begin(), f), iterator(v.end(), f), result.begin());

Ответ 2

template<class T>
class compose {
    typedef T (*f)(T);

    f first_func;
    f second_func;

public:

    compose(f one,f two) :
        first_func(one),
        second_func(two)        
    {}

    T operator()(T const &input) {
        T temp = first_func(input);
        return second_func(temp);
    }
};

#ifdef TEST

int f(int x) { return 8 + x; }
int g(int x) { return 2 * x; }
int h(int x) { return x * x; }

#include <iostream>

int main(int argc, char **argv) {
    compose<int> x(f, g);
    compose<int> y(g, f);

    std::cout << x(6) << std::endl;
    std::cout << y(6) << std::endl;

    typedef int (*func)(int);

    func funcs[] = {f, g, h};

    compose<int> z(funcs[atoi(argv[1])], funcs[atoi(argv[2])]);
    std::cout << z(6);

    return 0;
}

#endif

С С++ 0x мы должны использовать auto, чтобы исключить необходимость указания типа аргумента/возврата. На данный момент я предполагал, что они одинаковы, хотя теоретически вам может потребоваться включить конверсии в микс.

Ответ 3

вы должны использовать функтор вместо функции и передать необходимые функции преобразования в конструктор конструктора

что-то вроде

typedef int (*FunctionType)(int);

class Functor
{
    FunctionType m_f1;
    FunctionType m_f2;
    FunctionType m_f3;
public:
    Functor(FunctionType f1, FunctionType f2, FunctionType f3):
      m_f1(f1), m_f2(f2), m_f3(f3)
    {}
    int operator()(int n)
    {
        return (*m_f1)((*m_f2)((*m_f3)(n)));
    }
};

// ...

transform(source.begin(), source.end(), back_inserter(temp1), Functor(f1,f2,f3));

если вам нужно переменное количество функций, измените Functor подпись конструктора на использование вектора функций и заполните этот вектор перед вызовом преобразования.

Ответ 4

typedef int (*f_t)(int);

int f1(int a) { return a + 1; }
int f2(int a) { return a * 2; }
int f3(int a) { return a * a; }

int main()
{
    std::vector<f_t> ff = {f1, f2, f3};
    std::vector<int> source = {1, 2, 3, 4}, target;

    std::transform(source.begin(), source.end(), std::back_inserter(target)
    , [&](int a) { for (f_t &f : ff) a = f(a); return a; });

    // print target
    std::copy(target.begin(), target.end(), std::ostream_iterator<int,char>(std::cout,"\n"));
    system("pause");
    return 0;
}

Ответ 5

Просто определяет итератор, который делает то, что вы хотите:

template<typename T>
struct source
{
    virtual source<T>& operator++(void) = 0;
    virtual T operator*(void) = 0;
    virtual bool atend() = 0;
};

struct source_exhausted
{
};

template<typename T>
bool operator==(const source<T>& comparand, const source_exhausted&)
{ return comparand.atend(); }

template<typename T>
bool operator!=(const source<T>& comparand, const source_exhausted&)
{ return !comparand.atend(); }

template<typename T>
bool operator==(const source_exhausted&, const source<T>& comparand)
{ return comparand.atend(); }

template<typename T>
bool operator!=(const source_exhausted&, const source<T>& comparand)
{ return !comparand.atend(); }

template<typename T, typename iterT, typename endT>
struct source_iterator : source<T>
{
    iterT m_iter;
    endT m_end;
    source_iterator(iterT iter, endT end) : m_iter(iter), m_end(end) {}

    virtual source<T>& operator++(void) { ++m_iter; return *this; }
    virtual T operator*(void) { return *m_iter; }
    virtual bool atend() { return m_iter == m_end; }
};
template<typename T, typename iterT, typename endT>
auto make_source_iterator(iterT iter, endT end) -> source_iterator<decltype(*iter), iterT, endT>
{
    return source_iterator<decltype(*iter), iterT, endT>(iter, end);
}
template<typename TContainer>
auto make_source_iterator(TContainer& c) -> source_iterator<typename TContainer::value_type, decltype(c.begin()), decltype(c.end())>
{
    return source_iterator<typename TContainer::value_type, decltype(c.begin()), decltype(c.end())>(c.begin(), c.end());
}

template<typename TIn, typename TOut, typename TXform>
struct source_transformer : source<TOut>
{
    source<TIn>& m_src;
    TXform const m_f;
    source_transformer( source<TIn>& src, TXform f ) : m_f(f), m_src(src) {}

    virtual source<TOut>& operator++(void) { ++m_src; return *this; }
    virtual TOut operator*(void) { return m_f(*m_src); }
    virtual bool atend() { return m_src.atend(); }
};
template<typename TIn, typename TOut, typename TXform>
auto make_source_transformer(source<TIn>& src, TXform f) -> source_transformer<TIn, decltype(f(*(TIn*)0)), TXform>
{
    return source_transformer<TIn, decltype(f(*(TIn*)0)), TXform>(src, f);
}