第18课 类型萃取（2）_获取返回值类型的traits

1. 获取可调用对象返回类型

（1）decltype：获取变量或表达式的类型（见第2课）

（2）declval及原型

　　①原型：template<class T> T&& declval();——函数模板，返回值T&&

template <class T>
typename add_rvalue_reference<T>::type declval() noexcept;

　　②decltype的局限性：如果模板参数无构造函数，就不能构造出对象，也就无法获取表达式的类型。如后面【编程实验】例子中的Test类由于无构造函数，无法通过Test()产生临时对象，进而也就无法获取仿函数的返回值类型。

　　③而delval将任意类型 T 转换成T&&引用类型，这样便可不必经过构造函数就能使用类的成员函数。

　　④注意， declval是个没有函数体的模板函数，所以直接调用declval函数是错误的。它只能用于不求值的语境（如sizeof或decltype）

（3）result_of及原型

　　①原型：template<class Fn, class… Args> class result_of<Fn(Args…)>

//result_of的可能实现
template<class Fn, class... ArgTypes>
struct result_of<Fn(ArgTypes...)>
{
  typedef decltype(declval<Fn>()(declval<ArgTypes>()...)) type;
}  

　　②注意：

　　　　A.Fn要求是一个可调用对象。如lambda表达式，函数指针、仿函数。

　　　　B.函数类型不是一个可调用对象，在使用result_of前，要先将函数类型转换为可调用对象（如函数指针或函数引用等）

【编程实验】获取返回值类型

#include <iostream>

using namespace std;

/*获取可调用对象(如函数)返回的类型*/

/***********************decltype获取返回值类型*****************/
//1. decltype
template<typename F, typename Arg>
auto func(F f, Arg arg)->decltype(f(arg))
{
    return f(arg);
}

/***********************declval获取返回值类型*****************/
//2. delval
class Test
{
    Test() = delete; //删除默认的构造函数
public:
    int operator()(int i) //仿函数
    {
        return i;
    }
};

/***********************declval获取返回值类型*****************/
//3.result_of
int fn(int) {return ;}     //函数
typedef int (&fn_ref)(int); //函数引用
typedef int (*fn_ptr)(int); //函数指针
struct ftor {int operator()(int i){return i;}}; //仿函数 

int main()
{
    /*通过declval获取返回值类型：代码可读性较差*/
    //decltype(Test()(0)) i = 4; //error, 由于构造函数被delete，无法产生临时对象
                                 //也就无法获得仿函数的返回值类型！

    //declval<Test>()是个函数，返回一个对象的引用。由于引用是对象的别名，因此从语义上看，
    //当然可以通过该对象去调用其成员函数operator(int)，传入的实参也是一个对象:declval<int>()。
    decltype(declval<Test>()(declval<int>())) i = ;

    /*通过result_of获取返回值类型：代码可读性好*/
    result_of<Test(int)>::type a = ; //等价于：decltype(std::declval<Test>()(declval<int>()))

    //注意result_of原型：result_of<F(ArgTypes...)> ，
    //其中F为可调用对象：如函数指针(引用)、仿函数对象、lambda表达式等。
    //typedef result_of<decltype(fn)(int)>::type A; //error, 函数类型不是可调用对象。
    typedef result_of<decltype(fn)&(int)>::type A;  //int
    typedef result_of<fn_ref(int)>::type B;         //int
    typedef result_of<fn_ptr(int)>::type C;         //int
    typedef result_of<ftor(int)>::type   D;         //int

    cout << std::boolalpha;
    cout << is_same<int, A>::value << endl;  //true
    cout << is_same<int, B>::value << endl;  //true
    cout << is_same<int, C>::value << endl;  //true
    cout << is_same<int, D>::value << endl;  //true

    return ;
}

2. result_of和decltype的综合应用

（1）测试数据：vector<Person> v，当中存放一组个人信息，如姓名、年龄和所在城市等。

（2）程序的目标：根据指定的关键字将vector中的数据分组。如按age分组后，放入multimap中，得

　　①第1组：{20, {"name1", 20, "shanghai"}}和{20,{"name4", 20, "nanjing" }}

　　②第2组：{25,{"name2", 25, "beijing" }}和{25,{"name3", 25, "nanjing" }}，

【编程实验】decltype和result_of的综合应用

#include <iostream>
#include <string>
#include <map>
#include <vector>
#include <algorithm>
using namespace std;

/*推断函数返回值类型*/

/*测试数据：
vector<Person> v = {{"name1", 20, "shanghai"}, {"name2", 25, "beijing" },
                    {"name3", 25, "nanjing" },{"name4", 20, "nanjing" }}; 

程序的目标：将vector中的Person按city或age分组。
如按age分组后，得
第1组：{20, {"name1", 20, "shanghai"}}和{20,{"name4", 20, "nanjing" }}
第2组：{25,{"name2", 25, "beijing" }}和{25,{"name3", 25, "nanjing" }}，
并存放在multimap中。可第1组key为20，值名"name1"和"name4"的两个Person;
第2组key为25，值名"name2"和"name3"的两个Person;
*/
struct Person
{
    string name;
    int age;
    string city;
};

//将multimap按city和age分组
//第1版：T为multimap的key类型：int或string等，用于表示age或string。 Fn为可调用对象，用于返回key的类型
//缺点： 调用GroupBy1时需要手动指定Key类型，如GroupBy1<int>(...);
template<typename T, typename Fn>
multimap<T, Person> GroupBy1(const vector<Person>& vt, const Fn& keySelector)
{
    multimap<T, Person> map; //Key：为T类型（需要手动指定），值为Person
    std::for_each(vt.begin(), vt.end(), [&](const Person& person)
    {
        map.insert(make_pair(keySelector(person), person)); //keySelector获得指定key的值
                                                            //该person的age或city的值。
    });    

    return map;
}

//第2版：Fn为可调用对象，用于返回key的类型
//优点：比第1版少指定一个模板参数（由decltype(keySelector(*((Person*)nullptr)))
//      推断）
//缺点：decltype(keySelector(*((Person*)nullptr)))比较晦涩难懂
template<typename Fn>
auto GroupBy2(const vector<Person>& vt, const Fn& keySelector)->
multimap<decltype(keySelector(*((Person*)nullptr))),Person>
{
    //推断KeySelector的返回值类型
    typedef decltype(keySelector(*((Person*)nullptr))) key_type;

    //multimap中的Key类型由KeySelector返回值推断出来，值为Person
    multimap<key_type, Person> map; 

    std::for_each(vt.begin(), vt.end(), [&](const Person& person)
    {
        map.insert(make_pair(keySelector(person), person));
    });    

    return map;
}

//第3版：Fn为可调用对象，用于返回key的类型：利用result_of获取Fn的返回值
//优点：代码可读性好
template<typename Fn>
multimap<typename result_of<Fn(Person)>::type,Person>
GroupBy3(const vector<Person>& vt, const Fn& keySelector)
{
    //推断KeySelector的返回值类型
    typedef typename result_of<Fn(Person)>::type key_type;

    //multimap中的Key类型由KeySelector返回值推断出来，值为Person
    multimap<key_type, Person> map; 

    std::for_each(vt.begin(), vt.end(), [&](const Person& person)
    {
        map.insert(make_pair(keySelector(person), person));
    });    

    return map;
}

template<typename Key>
void printMap(const multimap<Key, Person>& map)
{
    for(auto it = map.begin(); it != map.end(); it++)
    {
        cout << it->first << " " << it->second.name <<"," << it->second.age << "," << it->second.city << endl;
    }
}

int main()
{
    vector<Person> v = { {"name1", , "shanghai"},
                         {"name2", , "beijing" },
                         {"name3", , "nanjing" },
                         {"name4", , "nanjing" }
                       }; 

    cout << "*************************version 1********************************" << endl;
    //按年龄分组：其中keySelector为[](const Person& person){return person.age;}
    auto m1 = GroupBy1<int>(v, [](const Person& person){return person.age;});
    printMap(m1);

    //按city分组：其中keySelector为[](const Person& person){return person.city;}
    auto m2 = GroupBy1<string>(v, [](const Person& person){return person.city;});
    printMap(m2);

    cout << "*************************version 2********************************" << endl;
    //按年龄分组：其中keySelector为[](const Person& person){return person.age;}
    auto m3 = GroupBy2(v, [](const Person& person){return person.age;});
    printMap(m3);

    //按city分组：其中keySelector为[](const Person& person){return person.city;}
    auto m4 = GroupBy2(v, [](const Person& person){return person.city;});
    printMap(m4);

    //按name分组：其中keySelector为[](const Person& person){return person.name;}
    auto m5 = GroupBy2(v, [](const Person& person){return person.name;});
    printMap(m5);

    cout << "*************************version 3********************************" << endl;
    //按年龄分组：其中keySelector为[](const Person& person){return person.age;}
    auto m6 = GroupBy3(v, [](const Person& person){return person.age;});
    printMap(m6);

    //按city分组：其中keySelector为[](const Person& person){return person.city;}
    auto m7 = GroupBy3(v, [](const Person& person){return person.city;});
    printMap(m7);

    //按name分组：其中keySelector为[](const Person& person){return person.name;}
    auto m8 = GroupBy3(v, [](const Person& person){return person.name;});
    printMap(m8);

    return ;
}
/*输出结果
e:\Study\C++11\18>g++ -std=c++11 test2.cpp
e:\Study\C++11\18>a.exe
*************************version 1********************************
20 name1,20,shanghai
20 name4,20,nanjing
25 name2,25,beijing
25 name3,25,nanjing
beijing name2,25,beijing
nanjing name3,25,nanjing
nanjing name4,20,nanjing
shanghai name1,20,shanghai
*************************version 2********************************
20 name1,20,shanghai
20 name4,20,nanjing
25 name2,25,beijing
25 name3,25,nanjing
beijing name2,25,beijing
nanjing name3,25,nanjing
nanjing name4,20,nanjing
shanghai name1,20,shanghai
name1 name1,20,shanghai
name2 name2,25,beijing
name3 name3,25,nanjing
name4 name4,20,nanjing
*************************version 3********************************
20 name1,20,shanghai
20 name4,20,nanjing
25 name2,25,beijing
25 name3,25,nanjing
beijing name2,25,beijing
nanjing name3,25,nanjing
nanjing name4,20,nanjing
shanghai name1,20,shanghai
name1 name1,20,shanghai
name2 name2,25,beijing
name3 name3,25,nanjing
name4 name4,20,nanjing
*/