使用模板元编程在 C++ 中进行“深度”函数柯里化

Question

我刚刚想出了一个（又一个！）使用模板元编程在 C++ 中实现函数柯里化。 （我几乎可以肯定其他实现比我的更好/更完整，但我这样做是出于学习目的，我认为重新发明轮子是合理的。）

我的函数柯里化实现，包括测试用例，如下：

#include <iostream>
#include <functional>

template <typename> class curry;

template <typename _Res>
class curry< _Res() >
{
  public:
    typedef std::function< _Res() > _Fun;
    typedef _Res _Ret;

  private:
    _Fun _fun;

  public:
    explicit curry (_Fun fun)
    : _fun(fun) { }

    operator _Ret ()
    { return _fun(); }
};

template <typename _Res, typename _Arg, typename... _Args>
class curry< _Res(_Arg, _Args...) >
{
  public:
    typedef std::function< _Res(_Arg, _Args...) > _Fun;
    typedef curry< _Res(_Args...) > _Ret;

  private:
    class apply
    {
      private:
        _Fun _fun;
        _Arg _arg;

      public:
        apply (_Fun fun, _Arg arg) 
        : _fun(fun), _arg(arg) { }

        _Res operator() (_Args... args)
        { return _fun(_arg, args...); }
    };

  private:
    _Fun _fun;

  public:
    explicit curry (_Fun fun)
    : _fun(fun) { }

    _Ret operator() (_Arg arg)
    { return _Ret(apply(_fun, arg)); }
};

int main ()
{
  auto plus_xy = curry<int(int,int)>(std::plus<int>());
  auto plus_2x = plus_xy(2);
  auto plus_24 = plus_2x(4);
  std::cout << plus_24 << std::endl;

  return 0;
}

这个函数柯里化实现是“浅”的，在以下意义上：如果原始std::function的签名是......

(arg1, arg2, arg3...) -> res

那么柯里化函数的签名就是……

arg1 -> arg2 -> arg3 -> ... -> res

但是，如果任何参数或返回类型本身可以被柯里化，它们就不会被柯里化。比如原来std::function的签名是……

(((arg1, arg2) -> tmp), arg3) -> res

那么柯里化函数的签名将是……

((arg1, arg2) -> tmp) -> arg3 -> res

而不是...

(arg1 -> arg2 -> tmp) -> arg3 -> res

这是我想要的。所以我想要一个“深度”的柯里化实现。有谁知道我怎么写？

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@vhallac：

这是应该传递给curry<int(int(int,int),int)>的构造函数的那种函数：

int test(std::function<int(int,int)> f, int x)
{ return f(3, 4) * x; }

那么应该能够做到以下几点：

auto func_xy = curry<int(int(int,int),int)>(test);
auto plus_xy = curry<int(int,int)>(std::plus<int>());
auto func_px = func_xy(plus_xy);
auto func_p5 = func_px(5);
std::cout << func_p5 << std::endl;

Answer 1

我已经实现了 decurry 类的作弊版本，以演示您将如何实现专业化。该版本是作弊的，因为它被声明为curry<T> 的朋友，并访问内部_fun 以将函数的柯里化版本转换回原始版本。应该可以写一个通用的，但我不想花更多时间在上面。

decurry 的实现是：

template <typename _Res, typename... _Args>
class decurry< curry<_Res(_Args...)> > {
public:
    typedef curry<_Res(_Args...)> _Curried;
    typedef typename curry<_Res(_Args...)>::_Fun _Raw;

    decurry(_Curried fn): _fn(fn) {}

    _Res operator() (_Args... rest) {
        return _fn._fun(rest...);
    }
private:
    _Curried _fn;
};

它需要一行：

friend class decurry< curry<_Res(_Arg, _Args...)> >;

在class curry< _Res(_Arg, _Args...) > 内，让我们的班级可以访问curry<T>._fun。

现在，专业化可以写成：

template <typename _Res, typename _Res2, typename... _Args2, typename... _Args>
class curry< _Res(_Res2(_Args2...), _Args...) >
{
public:
    typedef curry< _Res2(_Args2...) > _Arg;
    typedef std::function< _Res2(_Args2...) > _RawFun;
    typedef std::function< _Res(_RawFun, _Args...) > _Fun;
    typedef curry< _Res(_Args...) > _Ret;

private:
    class apply
    {
    private:
        _Fun _fun;
        _RawFun _arg;

    public:
        apply (_Fun fun, _RawFun arg)
            : _fun(fun), _arg(arg) { }

        _Res operator() (_Args... args)
        { return _fun(_arg, args...); }
    };

private:
    _Fun _fun;

public:
    explicit curry (_Fun fun)
        : _fun(fun) { }

    _Ret operator() (_Arg arg)
    { return _Ret(apply(_fun, decurry<_Arg>(arg))); }
};

测试代码是问题中指定的：

int test(std::function<int(int,int)> f, int x)
{ return f(3, 4) * x; }

int main ()
{
    auto func_xy = curry<int(int(int,int),int)>(test);
    auto plus_xy = curry<int(int,int)>(std::plus<int>());
    auto func_px = func_xy(plus_xy);
    auto func_p5 = func_px(5);
    std::cout << func_p5 << std::endl;

    return 0;
}

代码输出又在Ideone.com上。