Кейсы применения ref-qualified методов
#опытным

В нескольких предыдущих постах мы говорили про ref-qualified методы и как компилятор выбирает правильную перегрузку. Эта фича многим незнакома и сходу не очень понятно, где ее можно использовать. Давайте сегодня чуть подробнее поговорим о том, где они могут быть реально полезны, чтобы вы вдохновились и использовали такую перегрузку методов чаще.

✅ Разработка библиотек. Довольно очевидно, что разработчикам всяких библиотек нужно учитывать примерно все сценарии использования их классов. Пользователи(безумные) могут скастить объект к константной правой ссылке и методы класса должны работать корректно. Тут очень важно, чтобы тип возвращаемого значения методов соответствовал типу объекта. Пример:

template <typename T>
class optional {

  constexpr T& value() & {
    if (has_value()) {
      return this->m_value;
    }
    throw bad_optional_access();
  }

  constexpr T const& value() const& {
    if (has_value()) {
      return this->m_value;
    }
    throw bad_optional_access();
  }

  constexpr T&& value() && {
    if (has_value()) {
      return std::move(this->m_value);
    }
    throw bad_optional_access();
  }

  constexpr T const&& value() const&& {
    if (has_value()) {
      return std::move(this->m_value);
    }
    throw bad_optional_access();
  }
  // ...
};

Если объект временный, то возвращаем правую ссылку на мувнутый ресурс. Если объект lvalue, то возвращаем обычную ссылку.

✅ Форсить ограничения на методы. Если у вас методы возвращают левые ссылки(константные и неконстантные), то неплохо бы их пометить &, чтобы эти методы могли вызываться только у именованных объектов. Ведь если получить ссылку на внутренний ресурс временного объекта, то временный объект уничтожится, а вы останетесь с разбитым корытом висячей ссылкой. Спасибо @d7d1cd за кейс)

struct Vector {
  int & operator[](size_t index) & { // notice & after arguments
    return vec[index];
  }
  std::vector<int> vec;
};

Vector v;
v.vec = {1, 2, 3, 4};
v[1]; // ok
Vector{{1, 2, 3, 4}}[1]; // compile error

Также прикрепляю ссылочку на быстрый ответ из блога стандарта С++ посвященный этому кейсу.


✅ Оптимизации. Иногда для определенных ссылочных типов мы можем оптимизировать какой-то метод. Например, в С++23 ввели rvalue reference перегрузку для метода substr класса std::basic_string. Мы знаем, что метод substr формирует новую строку, копируя туда рэндж из оригинальной строки. С++23 теперь сделал так, чтобы при вызове метода substr у правых ссылок объект подстроки тырил данные у оригинальной строки и фактически формировался из ее внутреннего буфера. Более подробно можно почитать в пропоузале.

Также, если вы возвращаете из метода легковесный объект, то в перегрузке для rvalue ссылок вы можете возвращать объект по значению. Так вы избавляетесь от избыточной ссылочной семантики и индирекции и , возможно, улучшаете перформанс. Ведь маленькие типы быстрее передавать и возвращать именно по значению:

struct Vector {
  int operator[](size_t index) && { // notice & after arguments
    return vec[index];
  }
  std::vector<int> vec;
};

В общем, в каждом конкретном случае оптимизировать можно по-разному.

Так что ref-qualified методы - это прекрасный инструмент тонкой настройки в руках профессионалов.

Be useful. Stay cool.

#cppcore #optimization #cpp23

Deducing this
#опытным

Все методы принимают неявный параметр - указатель this на текущий объект. Также мы можем вызывать методы для объектов с разной константностью/ссылочностью. И главное - компилятор знает в момент компиляции вызова метода настоящий тип объекта со всеми квалификаторами. Единственное, что отделяется нас от возможности введения шаблонности - это указательный тип this, который не инкапсулирует в себе информацию о квалификаторах объекта.

И в С++23 именно этот момент и изменили. Теперь мы можем явно указывать тип объекта, на который указывает this. И это по сути полностью заменяет cv и ref квалификацию методов. Выглядит это так:

struct cat {
    std::string name;

    void print_name(this cat& self) {
        std::cout << name;       //invalid
        std::cout << this->name; //also invalid
        std::cout << self.name;  //all good
    }
    void print_name(this const cat& self) {
        std::cout << self.name;
    }
    void print_name(this cat&& self) {
        std::cout << self.name;
    }
    void print_name(this const cat&& self) {
        std::cout << self.name;
    }
};

Особенности:

👉🏿 Мы явно указываем параметр this.

👉🏿 Явно указываем тип объекта и его квалификаторы.

👉🏿 Считайте, что это статические методы, внутрь которых передали объект того же класса. Синтаксис доступа в полям соотвествующий: нельзя упоминать this, нельзя неявно обращаться к членам класса, только через имя параметра.

👉🏿 Поэтому нельзя такие методы объявлять статическими, ибо невозможно будет различить вызов статического и нестатического метода с одинаковым именем.

Теперь у нас есть все инструменты и мы можем сделать шаблонный this. Давайте посмотрим на обновленный метод value класса optional:

template <typename T>
struct optional {
  // One version of value which works for everything
  template <class Self>
  constexpr auto&& value(this Self&& self) {
    if (self.has_value()) {
        return std::forward<Self>(self).m_value;
    }
    throw bad_optional_access();
  }
};

Вот это бэнгер! Мы деквадруплицировали код!

Здесь мы используем шаблонный параметр Self с универсальной ссылкой. В этом случае параметр self будет в точности повторять тип объекта, на котором вызван метод. И для правильной передачи значения наружу мы используем идеальную передачу и std::forward + auto&& возвращаемое значение, которое тоже будет соответствовать cv+ref типу объекта.

Настоящая магия, причем вне хогвартса!

Имена Self и self использовать необязательно, это отсылки к питону и первом параметру методов классов self.

Вот вам пропоузал по этой замечательной фиче. А мы в нескольких следующих постах будем разбирать кейсы, где она может быть применима.

Simplify your life. Stay cool.

#cpp23 #template

Передача объекта в методы по значению
#опытным

Небольшие типы данных, особенно до 8 байт длиной, быстрее передавать в методы или возвращать из методов по значению.

С помощью deducing this мы можем вызывать методы не для ссылки(под капотом которой указатель), а для значения объекта.

Семантика будет ровно такая, как вы ожидаете. Объект скопируется внутрь метода и все операции будут происходить над копией.

Давайте посмотрим на пример:

struct just_a_little_guy {
    int how_small;
    int uwu();
};

int main() {
    just_a_little_guy tiny_tim{42};
    return tiny_tim.uwu();
}

Здесь используется старая нотация с неявным this.

Посмотрим, какой код может нам выдать компилятор:

sub     rsp, 40                           
lea     rcx, QWORD PTR tiny_tim$[rsp]
mov     DWORD PTR tiny_tim$[rsp], 42     
call    int just_a_little_guy::uwu(void)  
add     rsp, 40                            
ret     0

Пройдемся по строчкам и посмотрим, что тут происходит:

- первая строчка аллоцирует 40 байт на стеке. 4 байта для объекта tiny_tim, 32 байта теневого пространства для метода uwu и 4 байта паддинга.
- инструкция lea загружает адрес tiny_tim в регистр rcx, в котором метод uwu ожидает свой неявный параметр.
- mov помещает число 42 в поле объекта tiny_tim.
- вызываем функцию-метод uwu
- наконец деаллоцируем памяти и выходим из main

А теперь применим deducing this с параметром по значению и посмотрим на ассемблер:

struct just_a_little_guy {
    int how_small;
    int uwu(this just_a_little_guy);
};

Ассемблер:

mov     ecx, 42                           
jmp     static int just_a_little_guy::uwu(this just_a_little_guy)

Мы переместили 42 в нужный регистр и сразу же прыгнули в функцию uwu, а не вызвали ее. Поскольку мы не передаем объект в метод по ссылке, нам ничего не нужно аллоцировать на стеке. А значит и деаллоцировать ничего не нужно. Раз нам не нужно за собой подчищать, то можно просто прыгнуть в функцию и не возвращаться оттуда.

Конечно, это искусственный пример, оптимизация есть и мы можем в целом ожидать, то объекты маленьких типов можно быстрее обрабатывать с помощью deducing this.

Optimize yourself. Stay cool.

#cpp23 #optimization #compiler

Deducing this и CRTP
#опытным

У deducing this есть одна особенность. При обычном наследовании(без виртуальных функций) методы родительского класса знают про точный тип объектов наследников, которые вызывают метод:

struct Machine {
  template <typename Self>
  void print(this Self&& self) {
    self.print_name();
  }
};

struct Car : public Machine {
  std::string name;
  void print_name() {
    std::cout << "Car\n";
  }
};

Car{}.print(); // Выведется "Car"

Вам ничего это не напоминает? CRTP конечно.

Этот паттерн и используется в принципе, чтобы родители имели доступ к точному типу объекта наследника:

template <typename Derived>
struct add_postfix_increment {
    Derived operator++(int) {
        auto& self = static_cast<Derived&>(*this);

        Derived tmp(self);
        ++self;
        return tmp;
    }
};

struct some_type : add_postfix_increment<some_type> {
    // Prefix increment, which the postfix one is implemented in terms of
    some_type& operator++();
};

За счет шаблонного параметра Derived, который должен быть точным типом наследника, мы можем безопасно кастануть this к указателю на наследника и вызывать у него любые методы.

Но с появлением deducing this мы можем избежать рождения этого странного отпрыска наследования и шаблонов:

struct add_postfix_increment {
    template <typename Self>
    auto operator++(this Self&& self, int) {
        auto tmp = self;
        ++self;
        return tmp;
    }
};

struct some_type : add_postfix_increment {
    // Prefix increment, which the postfix one is implemented in terms of
    some_type& operator++();
};

Ну вот. У нас только один шаблонный метод. Но для пользователя он ничем не отличается от обычного нешаблонного метода.

Все красиво, эстетично и не ломает голову людям, мало работающим с шаблонами.

Make things more elegant. Stay cool.

#template #cpp23

Рекурсивные лямбды. Идеал.
#опытным

Все предыдущие примеры были воркэраундами вокруг неспособности лямбды обращаться к самой себе. Какие-то из них имеют ограничения в использовании, какие-то - накладные расходы.

Но по-настоящему рекурсивные лямбды появились только в С++23 с введением deducing this.

Если лямбда - это класс с методом operator(), значит мы внутрь этого метода можем передать явный this и тогда лямбда сможет вызвать сама себя!

auto factorial = [](this auto&& self, int n) {
    if (n <= 1) return 1;
    return n * self(n - 1);
};

У нас конечно в С++20 есть шаблонные лямбды, но здесь это немножко оверкилл. Поэтому используем автоматический вывод типа с помощью auto aka дженерик лямбду.

У нас была цель, мы к ней шли и, наконец, пришли. Ура, товарищи, ура!

Однако как будто бы слишком много разговоров о сущности, которой пользовались полтора дровосека.
Да, рекурсивные лямбды - это скорее экзотика. Но и у них есть свои юзкейсы. Поговорим о них в следующем посте.

Find true yourself. Stay cool.

#cppcore #cpp23

Рекурсивные лямбды. Кейсы
#опытным

Сегодня разберем пару кейсов, в которых можно использовать рекурсивные лямбды.

1️⃣ Начнем с очевидного. Где рекурсия, там всегда ошиваются какие-то древовидные структуры. Рекурсивные лямбды могут помочь сделать простые и не очень DFS обходы деревьев.

Можно обходить literaly деревья:

struct Leaf { };
struct Node;
using Tree = std::variant<Leaf, Node*>;
struct Node {
  Tree left;
  Tree right;
};

template<typename ... Lambdas>
struct Visitor : Lambdas...
{
  Visitor(Lambdas... lambdas) : Lambdas(std::forward<Lambdas>(lambdas))...
  {}
  using Lambdas::operator()...;
};

int main()
{
  Leaf l1;
  Leaf l2;
  Node nd{l1, l2};
  Tree tree = &nd;
  int num_leaves = std::visit(Visitor(
      [](Leaf const&) { return 1; },
      [](this const auto& self, Node* n) -> int {
        return std::visit(self, n->left) + std::visit(self, n->right);
      }
    ), tree);
}

Наше дерево хранит вариант ноды и листа. И мы можем с помощью паттерна overload обойти все веточки и посчитать листочки.

У вас может возникнуть вопрос: а как мы рекурсивно проходим все варианты лямбдой, которой предназначена только для нод?

Все дело в магии явного this. Здесь мы с вами говорили, что при наследовании и вызове метода базового класса this вывыводится в тип класса наследника. А наш визитор как раз является наследником лямбды, которая обходит ноды дерева. Таким образом мы рекурсивно используем весь визитор.

Можно таким же образом попробовать обходить какие-нибудь джейсоны и другие подобные структуры.

2️⃣ С помощью рекурсивных лямбд можно обходить compile-time структруры, типа туплов(даже вложенных):

auto printTuple = [](const auto& tuple) constexpr {
  auto impl = []<size_t idx>(this const auto& self, const auto& t) constexpr {
    if constexpr (idx < std::tuple_size_v<std::decay_t<decltype(t)>>) {
      std::cout << std::get<idx>(t) << " ";
      self.template operator()<idx+1>(t); // Рекурсивный вызов
    }
  };
  impl.template operator()<0>(tuple);
};

std::tuple<int, double, std::string> tp{1, 2.0, "qwe"};
printTuple(tp);

// Output:
// 1 2 qwe

Тут нам придется использовать шаблонные лямбды с индексом текущего элемента тупла в качества шаблонного параметра. Обратите внимание, как вызываются лямбды в данном случае. Так как у нас шаблонный оператор(), то компилятору надо явно сказать, что мы вызываем шаблон и также явно передать в него шаблонный параметр. Подобные лямбды с явным вызовом шаблонного оператора() желательно оборачивать в еще одну лямбду, чтобы коллеги случайно кофеем не подавились, увидев эту кракозябру.


3️⃣ Обход вложенных директорий с помощью std::filesystem:

auto listFiles = [](const std::filesystem::path& dir) {
    std::vector<std::string> files;
    auto traverse = [&](this const auto& self, const auto& path) {
        for (const auto& entry : std::filesystem::directory_iterator(path)) {
            if (entry.is_directory()) {
                self(entry.path());
            } else {
                files.push_back(entry.path().string());
            }
        }
    };
    traverse(dir);
    return files;
};

Ну тут вроде без пояснений все плюс-минус понятно.

Вообще, в любом месте, где применима небольшая по объему кода рекурсия, вы можете использовать рекурсивные лямбды.

Пишите в комменты, если в вас есть что добавить по юзкейсам. Если кто использует какие-то генеративные алгоритмы, для реализации которых подойдет рекурсивная лямбда, тоже пишите. В общем, пишите любые мысли по теме)

Be useful. Stay cool.

#cppcore #cpp23 #template

std::forward_like
#опытным

Сегодня рассмотрим функцию-хэлпер, которая поможет нам в рассмотрении одного из юзкейсов применимости deduction this. Их одновременное введение в 23-й стандарт логично, хэлпер дополняет и расширяет применимость deducing this.

Эта функция очень похожа на std::move и, особенно, на std::forward. Она потенциально аффектит только ссылочность типа и может добавлять константности.

Если std::forward объявлена так

template< class T >  
constexpr T&& forward(std::remove_reference_t<T>& t ) noexcept;

template< class T >  
constexpr T&& forward(std::remove_reference_t<T>&& t ) noexcept;

За счет перегрузок для lvalue и rvalue, она позволяет правильно передавать тип параметра, объявленного универсальной ссылкой, во внутренние вызовы. Здесь задействован всего один шаблонный параметр.

std::forward_like делает шаг вперед. Функция позволяет выполнять идеальную передачу данных на основе типа другого выражения.

template< class T, class U >  
constexpr auto&& forward_like( U&& x ) noexcept;

Заметьте, что здесь 2 шаблонных параметра. Мы будем кастить x к ссылочному типу параметра Т.

Зачем вообще так делать?

Без deduction this особо незачем. Но вместе с ним мы можем на основе типа объекта, на котором вызывается метод, идеально передавать данные наружу.

Раньше это было возможно только если бы мы возвращали мемберы объекта. На С++20 это выглядело так:

return forward<decltype(obj)>(obj).member;

Это работало с кучей ограничений. Но с появлением deducing this мы можем делать так:

struct adapter {
  std::deque<std::string> container;
  auto&& operator[](this auto&& self, size_t i) {
    return std::forward_like<decltype(self)>(self.container[i]);

} };

Мы можем из оператора индексации вернуть правую ссылку на строку внутри container, если мы вызываем оператор на правоссылочном объекте. В таком случае объект нам больше не нужен и нет смысла сохранять все его данные. Поэтому можно мувать наружу содержимое контейнера. Ну а если объект адаптера обычный lvalue и не собирается разрушаться, то возвращаем левую ссылку на элемент контейнера.

Более того, с помощью такого приема вообще в принципе появляется возможность использования оператора индексации на rvalue объектах. Если вернуть левую ссылку на содержимое временного объекта, то получим висячую ссылку и UB.

В общем, эта функция разрешает вот такие оптимизации и унифицирует интерфейс для объектов разной ссылочности.

Follow the head. Stay cool.

#cpp23 #template

Идеальная передача из лямбды
#опытным

Мутабельные лямбды позволили нам перемещать захваченные по значению объекты в сторонние функции:

auto callback = [message=get_message(), &scheduler]() mutable {
  // some preparetions 
  scheduler.submit(std::move(message));
}

Ну а передача копии вообще никогда не была проблемой:

auto callback = [message=get_message(), &scheduler]() {
  // some preparetions 
  scheduler.submit(message);
}

Однако подобную функцию можно использовать в двух контекстах: с возможностью повторного выполнения и одноразового исполнения:

callback(); // retry(callback)
std::move(callback)(); // try-or-fail(rvalue)

Так вот что, если мы хотим в первом случае сабмитить в шедулер копию сообщения, чтобы иметь возможность повторить вызов, а во втором случае - мувнуть сообщение в шедулер. То есть хотелось бы на основании типа ссылочности объекта подстраивать тип поля класса и передавать поле во внутренние вызовы.

Это все можно делать с помощью явного this и std::forward_like:

auto callback = [message=get_message(), &scheduler](this auto &&self) {
    return scheduler.submit(std::forward_like<decltype(self)>(message));
};

Пара интересных наблюдений:

👉🏿 Если c std::forward мы могли идеально передать лишь объект замыкания, то с использованием std::forward_like мы можем кастить любой объект к точно такому же ссылочному типу, как и у объекта замыкания. Это позволяет мувать сообщение внутрь шедулера при использовании try-or-fail подхода вызова лямбды.

👉🏿 Можно заметить, что лямбда не мутабельная, хотя в ней возможно изменение объекта message. Это потому что при использовании явного this оператор() у замыкания по умолчанию мутабельный. Таков закон стандарт.

Из адекватных примеров явного this на этом все.

Deducing this - одна из мажорных фичей 23-го стандарта. Рано или поздно все на него перейдут и нужно заранее знать кейсы, где фичу можно использовать, чтобы писать более понятный и оптимальный код.

Be a major figure. Stay cool.

#template #cpp23

​​Ответ

Поговорим о том, что не так в коде из предыдущего поста:

#include <cstdio>

void bar(char * s) {
  printf("%s", s);
}

void foo() {
  char s[]  =
    "Hi! I'm a kind of a loooooooooooooooooooooooong "
    "string myself, you know...";
  bar(s);
}

int main() {
  foo();
}

🔞 Вопрос был про плюсовый код, но он как будто бы здесь даже не проходил. Пользоваться С++ и использовать только сишный инструментарий - идея, мягко говоря, не очень.

🔞 В bar() принимает указатель на неконстантные данные и никак их не изменяет. Стандартные правила хорошего тона - это помечать константностью параметры функции, в которой данные остаются нетронутыми.

🔞 В bar() нет никакой проверки границ. Почему-то функция надеется, что когда-нибудь она встретит null-terminator. Но этого спокойно может и не быть: передадим туда обычный массив символов и будет UB.

🔞 Каждый раз при вызове foo() мы кладем на стек то, что должно храниться в сегменте данных, где обычно хранятся строковые литералы. То есть вместо того, чтобы по указателю ссылаться на строку, foo копирует ее на стек и дальше использует. Это ненужные действия, которые негативно сказываются на производительности. Если конечно мы вообще можем говорить о производительности в рамках этого кода.

Как мог бы выглядеть бы код на современных плюсах?

#include <print>
#include <string_view>

void bar(std::string_view s) {
  std::println("{}", s);
}

void foo() {
  constexpr std::string_view s  =
    "Hi! I'm a kind of a loooooooooooooooooooooooong "
    "string myself, you know...";
  bar(s);
}

int main() {
  foo();
}

Всего 2 простых улучшения:

✅ Использование легковестного std::string_view из С++17. Это по сути просто указатель + размер данных, так что накладные расходы на этот объект минимальны. А еще его даже рекомендуют передавать в функции по значению.

✅ Вместо сишной вариабельной нетипобезопасной функции printf используем типобезопасную плюсовую std::println на вариабельных шаблонах из С++23.

Простые улучшения, но в итоге все неприятности пофиксили. Магия С++.

Believe in magic. Stay cool.

#cppcore #cpp23 #cpp17

​​std::from_chars
#новичкам

С++17 нам принес новую прекрасную функцию парсинга строк в числа - std::from_char.

std::from_chars_result from_chars(
    const char* first,   // Начало строки (включительно)
    const char* last,    // Конец строки (не включительно)
    IntegerType& value,  // Куда записать результат
    int base = 10        // Система счисления (2-36)
);

std::from_chars_result from_chars(
    const char* first,   // Начало строки (включительно)
    const char* last,    // Конец строки (не включительно)
    FloatType& value,  // Куда записать результат
    std::chars_format fmt = std::chars_format::general // Формат плавающей точки
);

На самом деле это два семейства перегрузок функций для целых чисел и чисел с плавающей точкой.

Задача функции - максимально быстро, безо всяких накладных расходов на выделение памяти и поддержку исключений, распарсить строку в число арифметического типа.

Функция возвращает структуру std::from_chars_result:

struct from_chars_result {
    const char* ptr;  // Указатель на первый НЕпрочитанный символ
    std::errc ec;     // Код ошибки (если успех — std::errc())
};

Если парсинг удался и какая-то часть строки конвертировалась в число, то в ptr находится указатель на первый символ, на котором парсинг завершился. Если вся строка была интерпретирована, как число, то в ptr находится last указатель.

Если парсинг неудался, то ptr равен first, а код ошибки ec выставляется в  std::errc::invalid_argument.

"123" → удачно распарсили все → ptr == last (конец строки).
"123abc" → распарсили "123" → ptr указывает на 'a'.
"abc" → ошибка → ptr == first (начало строки).

Примеры работы:

const std::string str = "42abc";
int value;
auto res = std::from_chars(str.data(), str.data() + str.size(), value);
if (res.ec == std::errc()) {
  std::cout << "Value: " << value << "\n"; // 42
  std::cout << "Remaining: " << res.ptr << "\n"; // "abc"
}

// ----------------

const std::string str = "xyz";
int value;
auto res = std::from_chars(str.data(), str.data() + str.size(), value);

assert(res.ec == std::errc::invalid_argument);
assert(res.ptr == str.data());  // ptr остался на начале

К тому же функция может детектировать переполнение:

const std::string str = "99999999999999999999";
int value;
auto res = std::from_chars(str.data(), str.data() + str.size(), value);
assert(res.ec == std::errc::result_out_of_range);

В чем главный прикол этой функции?

Помимо отсутствия накладных расходов, это последовательный парсинг. Если у вас есть строка с последовательностью чисел, разделенных запятой, то вы просто в цикле можете передвигать нужные указатели и парсить числа одно за другим. Тот же std::stoi выкинул бы исключение и пошел пиво пить:

const std::string str = "123,456,789";
std::vector<int> numbers;
const char* current = str.data();
const char* end = str.data() + str.size();

while (current < end) {
  int value;
  auto res = std::from_chars(current, end, value);
  if (res.ec != std::errc()) {
    std::cerr << "Parsing error!\n";
    break;
  }
  
  numbers.emplace_back(value);
  current = res.ptr; // Сдвигаем указатель
  // Пропускаем разделитель (запятую)
  if (current < end && *current == ',') {
    ++current;
  }
}

for (int num : numbers) {
  std::cout << num << " ";
}
// Вывод: 123 456 789

К тому же ее целочисленный вариант с С++23 constexpr, что позволить вам парсить строку в числа даже во время компиляции.

Если вы не любите исключения - std::from_char ваш выбор.

Be efficient. Stay cool.

#cpp17 #cpp23

Возврат ошибки. std::expected
#опытным

В С++23 появился практически идеальный класс для работы с объектами ошибки - std::expected.

Это та самая обертка над вариантом с приятным интерфейсом, о котором говорилось в прошлом посте.

struct Error {
    std::string message;
};

std::expected<double, Error> safe_divide(double a, double b) {
    if (b == 0.0) { // здесь нужна нормальная проверка на равенство с epsilon
        return std::unexpected(Error{"Division by zero"});
    }
    return a / b;
}

auto div_result = safe_divide(10.0, 2.0);

if (div_result.has_value()) {
  std::cout << "Result: " << div_result.value() << std::endl;
} else {
  std::cout << "Error: " << div_result.error().message << std::endl;
}
// или с операторами
if (div_result) { // operator bool
  std::cout << "Result: " << *div_result << std::endl; // operator*
} else {
  std::cout << "Error: " << div_result.error().message << std::endl;
}

По сути у std::expected в базовом интерефейсе 3 метода и пара операторов. Методы has_value(), value() и error() для проверки и доступа к значению или ошибке. И operator bool, operator*, operator-> для ленивых со сточенными пальцами;

Преимущества нового типа std::expected по сравнению с std::variant:

✅ Хранит только два типа: значение и ошибка.

✅ Делает код интуитивно понятнее, поскольку для создания ошибки нужно использовать std::unexpected. Это особенно удобно, когда тип ошибки std::string. В этом случае использование std::unexpected{ "Something bad happens" } позволяет явно обозначить в коде, что мы не просто строку возвращаем, а сообщение об ошибке.

✅ Предоставляет простой и лаконичный базовый интерфейс: 3 метода и пара операторов. Методы has_value(), value() и error() для проверки и доступа к значению или ошибке. И operator bool, operator*, operator->, кому лень писать названия методов.

С std::expeсted удобно работать, если есть всего один тип результата и один тип ошибки. Работать с std::expected<std::variant<Type1, Type2>, Error> или std::expected<Type, std::variant<Error1, Error2>> не так удобно, как просто с вариантом из трех типов. Если нужно возвращать больше ошибок, то можно пользоваться разными вариантами кодов ошибки от enuma'а до std::error_code или даже просто строкой.

Must have при работе без исключений.

Use a right semantic. Stay cool.

#cpp23

​​Уплощаем многомерный массив
#опытным

Иногда у вас есть коллекция элементов, для каждого из которых вы выполняете операцию, возвращающую вектор значений:

std::vector<int> Process(const std::string& str);

std::vector<std::string> elems = ...;

auto result_view = elems | std::views::transform([](const std::string& str) {
  return Process(str);
})

Итоговое отображение result_view - это по факту набор векторов. Чтобы сложить это все в один массив нужен двойной цикл. А можно как-то удобно и лаконично получить плоский вектор интов?

С помощью С++20 отображения std::views::join:

std::vector<int> Process(const std::string& str);

std::vector<std::string> elems = ...;

auto result = elems | std::views::transform([](const std::string &str) {
                      return Process(str);
                  }) |
                  std::views::join | std::ranges::to<std::vector>();

std::print("{}", result);

Это все сработает и на экране появлятся заветные чиселки.

Здесь используется std::ranges::to и std::print, которые добавлены в 23-м стандарте

Если у вас элементы, которые хотелось бы переместить, а не скопировать, то можно добавить еще с++23 отображение as_rvalue:

auto result = elems | std::views::transform([](const auto & elem) {
                      return Process(elem);
                  }) |
                  std::views::join | std::views::as_rvalue |
                  std::ranges::to<std::vector>();

Если хочется чистого кода без циклов, то рэнджи для этого и сделаны.

Don't stuck in a loop. Stay cool.

#cpp20 #cpp23

join
#опытным

Как прекрасно сделан в питоне метод join у строки. Чтобы соединить список строк разделителем нужно просто написать:

my_list = ["John", "Peter", "Vicky"]
x = " ".join(my_list)
print(x)
# OUTPUT
# John Peter Vicky

И как же сложно того же результата достичь в плюсах!

То делают через потоки:

std::string join(const std::vector<std::string>& vec, const std::string& delimiter) {
    if (vec.empty()) return "";
    
    std::ostringstream oss;
    oss << vec[0];
    
    for (size_t i = 1; i < vec.size(); ++i) {
        oss << delimiter << vec[i];
    }
    
    return oss.str();
}

то через std::accumulate:

std::string join(const std::vector<std::string>& vec, const std::string& delimiter) {
    if (vec.empty()) return "";
    
    return std::accumulate(
        std::next(vec.begin()), vec.end(),
        vec[0],
        [&delimiter](const std::string& a, const std::string& b) {
            return a + delimiter + b;
        }
    );
}

Ну вы что! Стандартная строка же себе не может позволить иметь метод join, принимающий коллекцию строк и возвращающий объединенную строку с разделителями. Это же не универсально и никому не надо...

Но в С++23 наконец-то появилось хоть что-то похожее на адекватное решение. Используем std::views::join_with:

std::string join(const std::vector<std::string> &vec,
                 const std::string &delimiter) {
    return vec | std::views::join_with(delimiter) |
           std::ranges::to<std::string>();
}

Можете обмазать все это шаблонами с головы до пят, чтобы получить универсальное решение, либо использовать этот код прям inplace, он и так довольно понятный.

И жизнь стала чуть-чуть счастливее...

Make thing simple. Stay cool.

#cpp23

​​Удобно превращаем enum в число
#опытным

В прошлом посте мы выяснили, что с С++11 можно самостоятельно указывать нижележащий тип, который и хранит все элементы enum'а.

Но вот представьте себе, что вам где-то нужно получить числовое представление одного из перечислителя. К какому типу кастовать?

Это важно, потому что scoped enum неявно не приводится к числам. Нам нужно явно указывать тип:

enum class ColorMask : std::uint32_t
{
  red = 0xFF, 
  green = (red << 8), 
  blue = (green << 8), 
  alpha = (blue << 8)
};

// std::cout << ColorMask::red << std::endl; // ERROR
std::cout << static_cast<int>(ColorMask::red) << std::endl;

Если вам просто нужно вывести число в поток, то кастуйте к инту, ничего страшного не будет. Однако математические операции над полученным числом могут доставить неприятности, если тип будет не тот и будут использоваться сужающие-расширяющие преобразования.

Современные IDE-шки возможно будут вам показывать нужный тип, а возможно и нет. Если тип enum'а явно указан, то можно взять его. Но если нет, то гадать не хочется. Хочется стандартного решения.

С++11 также вводит тип шаблонный тип std::underlying_type, который предоставляет зависимый тип type, содержащий подкапотный тип enum'a:

enum e1 {};
enum class e2 {};
enum class e3 : unsigned {};
enum class e4 : int {};

constexpr bool e1_t = std::is_same_v<std::underlying_type_t<e1>, int>;
constexpr bool e2_t = std::is_same_v<std::underlying_type_t<e2>, int>;
constexpr bool e3_t = std::is_same_v<std::underlying_type_t<e3>, int>;
constexpr bool e4_t = std::is_same_v<std::underlying_type_t<e4>, int>;

std::cout
        << "underlying type for 'e1' is " << (e1_t ? "int" : "non-int") << '\n'
        << "underlying type for 'e2' is " << (e2_t ? "int" : "non-int") << '\n'
        << "underlying type for 'e3' is " << (e3_t ? "int" : "non-int") << '\n'
        << "underlying type for 'e4' is " << (e4_t ? "int" : "non-int") << '\n';

// OUTPUT
// underlying type for 'e1' is non-int
// underlying type for 'e2' is int
// underlying type for 'e3' is non-int
// underlying type for 'e4' is int

Соответственно, для каста нужно сделать такую штуку:

auto num = static_cast<std::underlying_type_t<ColorMask>>(ColorMask::red);

Плохо, что это очень громоздкая конструкция, где к тому же типы повторяются. Поэтому в С++23 ввели хэлпер-сахарок std::to_underlying, который за нас все это делает:

auto num = std::to_underlying(ColorMask::red);

Красота!

Know your type. Stay cool.

#cpp11 #cpp23

​​Оборачиваем вспять байты
#новичкам

Когда мы низкоуровнево работаем с сетью, то надо понимать, что в данных, полученных по сети, нужно реверсировать порядок байтов, чтобы правильно интерпретировать значения. Также реверсировать порядок нужно при отправке данных по сети. Это происходит из-за того, что в стеке протоколов TCP/IP принят порядок Big-endian - старший байт хранится по младшему адресу. А на большинстве хостов(десктопов и серверов) - Little-endian: младший байт хранится по младшему адресу.

Соответственно нужны функции для реверсирования байтов. Обычно для этого используют либо компиляторные интринсики:

### GCC/Clang

uint16_t swapped16 = __builtin_bswap16(value);
uint32_t swapped32 = __builtin_bswap32(value); 
uint64_t swapped64 = __builtin_bswap64(value);

### MSVC:

uint16_t swapped16 = _byteswap_ushort(value);
uint32_t swapped32 = _byteswap_ulong(value);
uint64_t swapped64 = _byteswap_uint64(value);

Либо системное апи:

#include <arpa/inet.h>  // Linux/macOS
// или
#include <winsock2.h>   // Windows

uint16_t network_to_host16 = ntohs(value);
uint16_t host_to_network16 = htons(value);

uint32_t network_to_host32 = ntohl(value);
uint32_t host_to_network32 = htonl(value);

uint64_t network_to_host64 = ntohll(value);
uint64_t host_to_network64 = htonll(value);

Либо какое-нибудь библиотечное решение:

#include <boost/endian/conversion.hpp>

uint32_t value = 0x12345678;
uint32_t swapped = boost::endian::endian_reverse(value);

uint32_t to_big = boost::endian::native_to_big(value);
uint32_t to_little = boost::endian::native_to_little(value);

Но в С++23 появилась стандартная функция для разворачивания порядка байтов!

template< class T >
constexpr T byteswap( T n ) noexcept;

Работает она только для интегральных типов и вот ее возможная реализация:

template<std::integral T>
constexpr T byteswap(T value) noexcept
{
    static_assert(std::has_unique_object_representations_v<T>, 
                  "T may not have padding bits");
    auto value_representation = std::bit_cast<std::array<std::byte, sizeof(T)>>(value);
    std::ranges::reverse(value_representation);
    return std::bit_cast<T>(value_representation);
}

Результат у нее собственно ровно тот, который и ожидается:

template<std::integral T>
void dump(T v, char term = '\n')
{
    std::cout << std::hex << std::uppercase << std::setfill('0')
              << std::setw(sizeof(T) * 2) << v << " : ";
    for (std::size_t i{}; i != sizeof(T); ++i, v >>= 8)
        std::cout << std::setw(2) << static_cast<unsigned>(T(0xFF) & v) << ' ';
    std::cout << std::dec << term;
}
 
int main()
{
    static_assert(std::byteswap('a') == 'a');
 
    std::cout << "byteswap for U16:\n";
    constexpr auto x = std::uint16_t(0xCAFE);
    dump(x);
    dump(std::byteswap(x));
 
    std::cout << "\nbyteswap for U32:\n";
    constexpr auto y = std::uint32_t(0xDEADBEEFu);
    dump(y);
    dump(std::byteswap(y));
 
    std::cout << "\nbyteswap for U64:\n";
    constexpr auto z = std::uint64_t{0x0123456789ABCDEFull};
    dump(z);
    dump(std::byteswap(z));
}

// OUTPUT
// byteswap for U16:
// CAFE : FE CA
// FECA : CA FE
 
// byteswap for U32:
// DEADBEEF : EF BE AD DE
// EFBEADDE : DE AD BE EF
 
// byteswap for U64:
// 0123456789ABCDEF : EF CD AB 89 67 45 23 01
// EFCDAB8967452301 : 01 23 45 67 89 AB CD EF

Как всегда стандарт запаздывает лет на 10-15-20, но хорошо, что все-таки завезли эту полезную функцию, которую можно кроссплатформенно использовать.

Use standard solutions. Stay cool.

#cpp23

​​Атрибуты лямбды
#опытным

В прошлом посте код с картинки реально компилируется и, если вы не поняли, что это за чертовщина, то следующие несколько постов будут для вас.

В С++11 у нас появилась возможность указывать атрибуты для функции. Например:

[[nodiscard]] int ComplicatedCompute() {
  return 2*2;
}

ComplicatedCompute(); 
// warning: ignoring return value of 'int ComplicatedCompute()', 
// declared with attribute nodiscard

Вы можете, например, пометить возвращаемое значение функции, как то, которое нельзя игнорировать, и компилятор даст вам по сопатке, если вы его все же заигнорите.

Ну это функции. А как же лямбды? Хочется и для них указывать атрибуты.

И атрибуты для возвращаемого значения лямбды завезли в С++23. Выглядит это так:

auto complicated_compute = [] [[nodiscard]] () { return 2 * 2; };

complicated_compute();
 // warning: ignoring return value of 'main()::<lambda()>', 
// declared with attribute 'nodiscard'

После скобок для захвата вы указываете список атрибутов в квадратных скобках. Выглядит интересно. Не очень элегантно, но интересно.

Одни скажут: "усложнение синтаксиса!". Другие скажут, что давно пора лямбды подтягивать ко всем возможностям обычных функций.

Тут как бы все просто: не хотите - не используйте. У лямбды и так полно опциональных обвесок, одним больше, одним меньше. Можно определить шаблонную лямбду и обвесить ее всякими концептами с trailing return type. И это будет страшный зверь. Можно сделать отдельный пост, как может выглядеть ультимативная лямбда.

Ну а если вы хотите немного больше синтаксически говорить кодом, то теперь можете использовать атрибуты для лямбд.

Don't ignore. Stay cool.

#cpp23