使用 boost::hana Y-combinator 时出现 Clang 编译器错误

编程问答 2022-05-31

问题描述

我有以下 AST 实现，使用 C++17 的 std::variant 类型构建，我想在其上递归应用访问者。我是在 Boost 的 Hana 库中的一些实用程序的帮助下完成的。

#include <iostream>
#include <memory>
#include <variant>

#include <boost/hana.hpp>

namespace hana = boost::hana;


struct AddExpr;
struct SubExpr;
struct MulExpr;
struct divexpr;

using Expr = std::variant<int,AddExpr,SubExpr,MulExpr,divexpr>;

struct BinaryExpr
{
    BinaryExpr(std::unique_ptr<Expr> lhs,std::unique_ptr<Expr> rhs) noexcept
        : lhs{ std::move(lhs) },rhs{ std::move(rhs) } { }

    std::unique_ptr<Expr> lhs;
    std::unique_ptr<Expr> rhs;
};

struct AddExpr : BinaryExpr { using BinaryExpr::BinaryExpr; };
struct SubExpr : BinaryExpr { using BinaryExpr::BinaryExpr; };
struct MulExpr : BinaryExpr { using BinaryExpr::BinaryExpr; };
struct divexpr : BinaryExpr { using BinaryExpr::BinaryExpr; };


int main()
{
    Expr root {
        MulExpr{
            std::make_unique<Expr>(AddExpr{
                std::make_unique<Expr>(1),std::make_unique<Expr>(2),}),std::make_unique<Expr>(SubExpr{
                std::make_unique<Expr>(3),std::make_unique<Expr>(4),}
    };

    constexpr auto printer = hana::fix([](auto visitor,auto const& arg) -> void {
        hana::overload(
            [&](int val) {
                std::cout << val;
            },[&](AddExpr const& exp) {
                std::cout << "(";
                std::visit(visitor,*exp.lhs);
                std::cout << "+";
                std::visit(visitor,*exp.rhs);
                std::cout << ")";
            },[&](SubExpr const& exp) {
                std::cout << "(";
                std::visit(visitor,*exp.lhs);
                std::cout << "-";
                std::visit(visitor,[&](MulExpr const& exp) {
                std::cout << "(";
                std::visit(visitor,*exp.lhs);
                std::cout << "*";
                std::visit(visitor,[&](divexpr const& exp) {
                std::cout << "(";
                std::visit(visitor,*exp.lhs);
                std::cout << "/";
                std::visit(visitor,*exp.rhs);
                std::cout << ")";
            }
        )(arg);
    });

    std::visit(printer,root);

    std::cout << "\n";

    return 0;
}

使用 GCC 7.1+ 时代码编译时没有任何警告，但 Clang 似乎无法编译它，而是发出以下错误。

<source>:54:22: error: function 'visit<boost::hana::fix_t<(lambda at <source>:47:40)> &,std::variant<int,divexpr> &>' with deduced return type cannot be used before it is defined
                std::visit(visitor,*exp.lhs);
...

这是 Clang 中的错误吗？或者我做错了什么，如果是这样，为什么这对 GCC 有效？

另外，有没有一种优雅的方式可以在 Clang 中做我想做的事？特别是，我希望能够从一些重载的 lambda 表达式创建 printer 访问者，而不是必须创建一个 PrinterVisitor 类，其中 operator() 为每种类型重载。但是，如果这是不可能的，我愿意接受其他建议。

解决方法

您的确切代码也不适用于 GCC 主干：Compiler Explorero，自发布以来这很有趣 确实有效：Compiler Explorer。

我的本​​地消息非常相似：GCC

/home/sehe/custom/boost_1_75_0/boost/hana/functional/fix.hpp|74 col 19| error: use of ‘main()::<lambda(auto:39,const auto:40&)> [with auto:39 = boost::hana::fix_t<main()::<lambda(auto:39,const auto:40&)> >; auto:40 = int]’ before deduction of ‘auto’
||    74 |         { return f(fix(f),static_cast<X&&>(x)...); }

铿锵：

/home/sehe/custom/boost_1_75_0/boost/hana/functional/fix.hpp|74 col 18| error: function 'operator()<boost::hana::fix_t<(lambda at /home/sehe/Projects/stackoverflow/test.cpp:44:40)>,int>' with deduced return type cannot be used before it is defined
||         { return f(fix(f),static_cast<X&&>(x)...); }

我记得当我编写自己的组合器时，我无法绕过实现助手，例如：

struct F {
    template <typename Self,typename T>
    void operator()(Self const& self,T const& arg) const {
        auto bin = [&](char op,BinaryExpr const& exp) {
            std::cout << "("; std::visit(self,*exp.lhs); std::cout << op; std::visit(self,*exp.rhs); std::cout << ")"; 
        };
        hana::overload(
            [&](int val) { std::cout << val; },[&](AddExpr const& exp) { bin('+',exp); },[&](SubExpr const& exp) { bin('-',[&](MulExpr const& exp) { bin('*',[&](DivExpr const& exp) { bin('/',exp); }
        )(arg);
    }
};

看到它Live On Compiler Explorer

说明

我认为它只需要默认的可构造 lambdas，这是 C++20 的新内容：http://www.open-std.org/jtc1/sc22/wg21/docs/papers/2017/p0624r2.pdf

来源：https://www.bfilipek.com/2019/03/lambdas-story-part2.html

使用 C++20，我们将获得以下功能：

  • 允许 [=,this] 作为 lambda 捕获 - P0409R2 并通过 [=] 弃用隐式捕获 - P0806
  • lambda init-capture 中的包扩展：...args = std::move(args)](){} - P0780
  • 结构化绑定的静态、thread_local 和 lambda 捕获 - P1091
  • 模板 lambda（也包含概念）- P0428R2
  • 简化隐式 lambda 捕获 - P0588R1
  • 默认可构造和可分配的无状态 lambda - P0624R2
  • 未评估上下文中的 Lambda - P0315R4

这让我相信它可以在 c++20 中工作。

还价

对于递归访问者，我有一些简化和我喜欢的模式。有一些好处，比如

  • 封装[递归]访问
  • 更容易绑定额外的参数（在本例中为 std::cout）

我发现可维护性比在调用站点上声明访问者更方便。

编辑我找到了一个更有说服力的解决方案，所以我会放一个链接，以防您感兴趣：Live On Compiler Explorer

有你的蛋糕，吃它，没有升压

我意识到您可以拥有蛋糕并吃掉它，而根本不需要任何 Boost：

template <typename... F>
struct RecursiveVisitor : F... {
    template <typename... Ts>
    void operator()(std::variant<Ts...> const& v) const {
        std::visit( std::bind(*this,std::cref(*this),std::placeholders::_1),v );
    } 

    using F::operator()...;
};

template <typename... F>
    RecursiveVisitor(F...) -> RecursiveVisitor<F...>;

现在您可以通过以下方式完成您的任务：

RecursiveVisitor const printer {
    [](auto const&,int const& v) { std::cout << v; },[](auto const& self,AddExpr const& exp) { self(self,'+',SubExpr const& exp) { self(self,'-',MulExpr const& exp) { self(self,'*',DivExpr const& exp) { self(self,'/',char op,BinaryExpr const& exp) {
        std::cout << "(";
        self(*exp.lhs);
        std::cout << op;
        self(*exp.rhs);
        std::cout << ")"; 
    }
};

哪些是全面有效的：

Live On Compiler Explorer

#include <iostream>
#include <memory>
#include <variant>
#include <functional>

struct AddExpr;
struct SubExpr;
struct MulExpr;
struct DivExpr;

using Expr = std::variant<int,AddExpr,SubExpr,MulExpr,DivExpr>;

struct BinaryExpr
{
    BinaryExpr(Expr l,Expr r);
    BinaryExpr(BinaryExpr const& o);
    std::unique_ptr<Expr> lhs,rhs;
};

struct AddExpr : BinaryExpr { using BinaryExpr::BinaryExpr; };
struct SubExpr : BinaryExpr { using BinaryExpr::BinaryExpr; };
struct MulExpr : BinaryExpr { using BinaryExpr::BinaryExpr; };
struct DivExpr : BinaryExpr { using BinaryExpr::BinaryExpr; };

BinaryExpr::BinaryExpr(Expr l,Expr r)
: lhs{ std::make_unique<Expr>(l) },rhs{ std::make_unique<Expr>(r) } { }

BinaryExpr::BinaryExpr(BinaryExpr const& o)
: lhs{ std::make_unique<Expr>(*o.lhs) },rhs{ std::make_unique<Expr>(*o.rhs) } { }

template <typename... F>
struct RecursiveVisitor : F... {
    template <typename... Ts>
    void operator()(std::variant<Ts...> const& v) const {
        std::visit( std::bind(*this,v );
    } 

    using F::operator()...;
};

template <typename... F>
    RecursiveVisitor(F...) -> RecursiveVisitor<F...>;

int main()
{
    RecursiveVisitor const printer {
        [](auto const&,BinaryExpr const& exp) {
            std::cout << "(";
            self(*exp.lhs);
            std::cout << op;
            self(*exp.rhs);
            std::cout << ")"; 
        }
    };

    for (Expr root : { Expr
            { MulExpr{ AddExpr{ 1,2 },SubExpr{ 3,4 } } },{ DivExpr{ 1,MulExpr{ 7,4 } } } },}) 
    {
        printer(root);
        std::cout << "\n";
    }
}

打印

((1+2)*(3-4))
(1/(7*(3-4)))

我意识到这会手动复制 Y 组合器模式，但至少它消除了所有瓶颈。此外，共享 char,BinExpr& 重载并不是如何优雅地“只是另一个重载”。

,

@sehe 发布的 solution 中的最后一个例子几乎是完美的，除了内存分配的数量随着表达式树的深度呈指数增长。这是因为复制构造函数被调用了 2^l + 2^r 次，其中 l 和 r 分别是左右表达式树的深度，传递给 BinaryExpr 的构造函数.

因此，为了构建以下表达式树，我发现需要 68 次分配。

Expr root {
    AddExpr {
        MulExpr{ AddExpr{ 1,4 } },DivExpr{ SubExpr{ 5,6 },AddExpr{ 7,8 } },}
};

但是，我们可以通过像这样移动（而不是复制）表达式树来轻松避免这些内存分配。

struct AddExpr;
struct SubExpr;
struct MulExpr;
struct DivExpr;

using Expr = std::variant<int,DivExpr>;

struct BinaryExpr
{
    BinaryExpr(Expr lhs,Expr rhs) noexcept;
    BinaryExpr(BinaryExpr&&) = default; // Require the default move-constructor.
    BinaryExpr(BinaryExpr const&);

    std::unique_ptr<Expr> lhs;
    std::unique_ptr<Expr> rhs;
};

struct AddExpr : BinaryExpr { using BinaryExpr::BinaryExpr; };
struct SubExpr : BinaryExpr { using BinaryExpr::BinaryExpr; };
struct MulExpr : BinaryExpr { using BinaryExpr::BinaryExpr; };
struct DivExpr : BinaryExpr { using BinaryExpr::BinaryExpr; };

BinaryExpr::BinaryExpr(Expr lhs,Expr rhs) noexcept
    : lhs{ std::make_unique<Expr>(std::move(lhs)) },// Call std::move() here.
      rhs{ std::make_unique<Expr>(std::move(rhs)) }  // Call std::move() here.
{ }

BinaryExpr::BinaryExpr(BinaryExpr const& exp)
    : lhs{ std::make_unique<Expr>(*exp.lhs) },rhs{ std::make_unique<Expr>(*exp.rhs) }
{ }

通过此修改，构建如上所示的示例表达式树只需要 14 次分配，而不是 68 次。

boostboostboost-hanac++clangclang

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