【C++ 泛型编程 高级篇】 C++ 17 解析std::apply 的多种应用场景（二）https://developer.aliyun.com/article/1466165
10.2. 使用std::apply实现访问者模式，命令模式等
访问者模式（Visitor Pattern）和命令模式（Command Pattern）是两种常见的设计模式。在这一节中，我们将探讨如何使用std::apply在这两种模式中。
10.2.1. 访问者模式
访问者模式是一种将算法与对象结构分离的方法。这种模式在处理复杂的对象结构时非常有用，特别是当这些对象结构可能会改变，但我们不希望改变与这些对象交互的算法时。
在访问者模式中，我们可以使用std::apply来处理访问者和被访问对象的交互。例如，我们可以将访问者和被访问对象的参数打包成一个元组，然后使用std::apply来调用访问者的方法。
class Visitor { public: void visit(Object1& obj) { /*...*/ } void visit(Object2& obj) { /*...*/ } // ... }; std::tuple<Object1, Object2, /*...*/> objects; Visitor visitor; std::apply([&visitor](auto&... objs) { (visitor.visit(objs), ...); }, objects);
在这个例子中，我们首先创建了一个包含所有对象的元组，然后使用std::apply来调用访问者的visit方法。这样，我们就可以在不改变访问者或被访问对象的情况下，灵活地处理他们之间的交互。
10.2.2. 命令模式
命令模式是一种将请求封装为对象的设计模式，这样可以使用不同的请求参数化其他对象，并支持请求的排队或记录（如日志），以及支持可撤销的操作。这种模式通常在需要对行为进行参数化，序列化或远程处理等情况下使用。
在命令模式中，我们可以使用std::apply来处理命令和接收者之间的交互。例如，我们可以将命令的参数打包成一个元组，然后使用std::apply来调用接收者的方法。
class Receiver { public: void action(int param1, std::string param2) { /*...*/ } // ... }; std::tuple<int, std::string> params(42, "hello"); Receiver receiver; std::apply([&receiver](auto... args) { receiver.action(args...); }, params);
在这个例子中，我们首先创建了一个包含所有参数的元组，然后使用std::apply来调用接收者的action方法。这样，我们就可以在不改变命令或接收者的情况下，灵活地处理他们之间的交互。
这就是如何在设计模式中使用std::apply。通过使用std::apply，我们可以更灵活地处理函数和它们的参数，从而使我们的代码更加清晰和可维护。
11. std::apply的高级话题
在这一章节中，我们将深入探讨std::apply的一些高级话题，包括性能考虑，限制和替代方案，以及std::apply的未来发展。
11.1. std::apply的性能考虑
在使用std::apply时，我们需要考虑一些性能问题。首先，std::apply的实现通常需要递归展开元组，这可能会导致编译时间增加。其次，如果函数参数数量非常大，std::apply可能会导致运行时性能下降。然而，对于大多数应用来说，这些性能问题都不会成为瓶颈。
在下面的代码示例中，我们将展示如何使用std::apply调用函数，并测量其性能。
#include <tuple> #include <chrono> #include <iostream> void func(int a, int b, int c, int d, int e) { // Do something } int main() { auto t1 = std::chrono::high_resolution_clock::now(); std::tuple<int, int, int, int, int> args(1, 2, 3, 4, 5); std::apply(func, args); auto t2 = std::chrono::high_resolution_clock::now(); auto duration = std::chrono::duration_cast<std::chrono::microseconds>(t2 - t1).count(); std::cout << "Duration: " << duration << "us\n"; return 0; }
在这个例子中，我们使用std::chrono库来测量std::apply调用函数的时间。这可以帮助我们了解std::apply的性能影响。
11.2. std::apply的限制和替代方案
尽管std::apply非常强大，但它也有一些限制。例如，它不能直接用于成员函数指针或成员数据指针。此外，如果函数参数数量超过编译器支持的最大模板参数数量，std::apply将无法使用。
对于这些限制，我们可以使用一些替代方案。例如，我们可以使用std::invoke来调用成员函数或成员数据。对于大量参数的情况，我们可以考虑使用其他数据结构，如std::array或std::vector，而不是元组。
下面的代码示例展示了如何使用std::invoke调用成员函数：
#include <tuple> #include <iostream> #include <functional> class MyClass { public: void print(int a, int b, int c) { std::cout << a << ", " << b << ", " << c << "\n"; } }; int main() { MyClass obj; auto args = std::make_tuple(&MyClass::print, &obj, 1, 2, 3); std::apply(std::invoke, args); return 0; }
在这个例子中，我们使用std::invoke来调用MyClass的成员函数print。std::invoke可以处理成员函数指针和成员数据指针，因此它可以作为std::apply的替代方案。
11.3. std::apply的未来发展
随着C++标准的不断发展，我们期待std::apply将会有更多的功能和改进。例如，未来的C++标准可能会提供更好的支持成员函数和成员数据的方式，或者提供更高效的元组展开机制。
同时，我们也期待社区能够提供更多的std::apply的应用案例和最佳实践，以帮助我们更好地理解和使用这个强大的工具。
在下面的代码示例中，我们将展示一个可能的std::apply的未来应用，即使用std::apply来调用带有默认参数的函数。
#include <tuple> #include <iostream> void func(int a, int b = 2, int c = 3) { std::cout << a << ", " << b << ", " << c << "\n"; } int main() { std::tuple<int> args(1); std::apply(func, args); // This is currently not supported, but might be in the future return 0; }
在这个例子中，我们希望使用std::apply来调用带有默认参数的函数。虽然这目前还不被支持，但我们期待未来的C++标准会提供这样的功能。
在这个序列图中，我们可以看到std::invoke是如何调用MyClass的成员函数print的。这是一个很好的例子，展示了如何使用std::invoke作为std::apply的替代方案。
结语
在我们的编程学习之旅中，理解是我们迈向更高层次的重要一步。然而，掌握新技能、新理念，始终需要时间和坚持。从心理学的角度看，学习往往伴随着不断的试错和调整，这就像是我们的大脑在逐渐优化其解决问题的“算法”。
这就是为什么当我们遇到错误，我们应该将其视为学习和进步的机会，而不仅仅是困扰。通过理解和解决这些问题，我们不仅可以修复当前的代码，更可以提升我们的编程能力，防止在未来的项目中犯相同的错误。
我鼓励大家积极参与进来，不断提升自己的编程技术。无论你是初学者还是有经验的开发者，我希望我的博客能对你的学习之路有所帮助。如果你觉得这篇文章有用，不妨点击收藏，或者留下你的评论分享你的见解和经验，也欢迎你对我博客的内容提出建议和问题。每一次的点赞、评论、分享和关注都是对我的最大支持，也是对我持续分享和创作的动力。
