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Exercises_05_VariadicTemplates.md

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Aufgaben zu variadischen Templates

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Lösungen

Überblick

Aufgabe Beschreibung
Aufgabe 1 Logische Operationen mit beliebig vielen Operanden
Aufgabe 2 decltype und Type-Traits am Beispiel von sameType
(Voraussetzungen: std::is_same)
Aufgabe 3 Generische Funktion miminum
(Voraussetzungen: Utility-Funktion std::common_type)
Aufgabe 4 Ausgabe eines std::tuple Objekts
(Voraussetzungen: std::tuple, Non-Type Template Parameter)
Aufgabe 5 Viele Wege führen zum gleichen Ergebnis: Summenbildung natürlicher Zahlen
Aufgabe 6 Variadische Templates und Vererbung

Tabelle 1: Aufgaben zu variadischen Templates.

Aufgabe 1: Logische Operationen mit beliebig vielen Operanden

Schreiben Sie zwei Funktionen andAll und orAll, die eine variable Anzahl von bool-Parametern logisch UND oder logisch ODER verknüpfen. Mögliche Testbeispiele können so aussehen:

#include <iostream>

int main() 
{
    bool result { andAll(true, false, true) };
    std::cout << std::boolalpha << result << std::endl;

    result = andAll(true, true, true, true, true, true, true, true, true, true);
    std::cout << std::boolalpha << result << std::endl;
}

Ausgabe:

false
true

Aufgabe 2: decltype und Type-Traits am Beispiel von sameType

Voraussetzungen: std::is_same

Schreiben Sie eine Funktionsschablone sameType, die eine beliebige Anzahl von Argumenten beliebigen Typs akzeptiert. Der Rückgabewert vom Typ bool ist true, wenn alle Argumente vom selben Typ sind, andernfalls false.

Beispiel:

#include <iostream>

int main() 
{
    bool result;
    result = sameType(43, false, "hello");
    std::cout << std::boolalpha << result << std::endl;
    
    result = sameType(1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9);
    std::cout << std::boolalpha << result << std::endl;
}

Ausgabe:

false
true

Zusatzaufgabe:

Für die logischen Operationen && (and) und || (or) gibt es in höheren Programmiersprachen (C, C++, Java und andere) das Feature der so genannten "Short-Circuit-Evaluation": Ist in dem Ausdruck condition1 || condition2 (condition1 or condition2) bereits Bedingung condition1 wahr, so ist der gesamte Ausdruck wahr. Ebenso ist der Ausdruck condition1 && condition2 falsch, wenn Bedingung condition1 falsch ist. Das Programm führt dann nicht mehr die Bewertung der noch fehlenden Bedingungen durch.

Können Sie das Feature "Short-Circuit-Evaluation" in Ihrer Realisierung der Funktion sameType anwenden?

Aufgabe 3: Generische Funktion miminum

Voraussetzungen: Utility-Funktion std::common_type

Schreiben Sie eine Funktion miminum, die eine beliebige Anzahl von Argumenten beliebigen Typs akzeptiert und das Minimum aller Werte berechnet.

Sie dürfen dabei die Annahme zu Grunde legen, dass für alle Argumente die Funktion std::common_type definiert ist.

Aufgabe 4: Ausgabe eines std::tuple Objekts

Voraussetzungen: std::tuple<T>, Non-Type Template Parameter

Ein std::tuple ist ein Objekt, das eine Sammlung von beliebigen Elementen enthalten kann. Jedes Element kann dabei von einem anderen Typ sein. Mit der Funktion std::get<size_t index>() erhält man eine Referenz auf das Element an der angegebenen Position index im Tupel.

Schreiben Sie eine generische Funktion printTuple, die die Elemente eines Tupels, durch Komma ',' getrennt, auf der Konsole ausgibt.

Beispiel:

auto tuple {std::make_tuple(1, std::string("Modern C++"), false, 3.14159) };
printTuple(tuple);

Ausgabe:

[1, Modern C++, 0, 3.14159]

Aufgabe 5: Viele Wege führen zum gleichen Ergebnis: Summenbildung natürlicher Zahlen

Ziel dieser Übung ist es, mehrere Möglichkeiten in der Definition variadischer Templates (Klassenschablone, Funktionsschablone) zu erlernen. Dazu betrachten wir die Summation einer beliebigen Anzahl von Summanden auf Basis variadischer Templates in mehreren Varianten.

Studieren Sie die folgenden vier Anweisungen genau:

int result1 = sum1<1, 2, 3, 4, 5>::result;
int result2 = sum2(1, 2, 3, 4, 5);
int result3 = sum3<1, 2, 3, 4, 5>();
int result4 = sum4<1, 2, 3, 4, 5>{};

Ausgabe:

15
15
15
15

Bei genauem Hinsehen erkennen Sie zunächst, ob es sich bei sum1, sum2, sum3 und sum4 um eine Klassen- oder Funktionsschablone handelt! Wie könnte eine Realisierung aussehen, um die Anweisungen zu implementieren?

Zusatzaufgabe 1: Betrachten Sie die einzelnen Realisierungen und überlegen Sie, welche davon constexpr-fähig sind!

Zusatzaufgabe 1: Betrachten Sie Ihre Realisierung mit dem Tool cppinsights.io. Vollziehen Sie die jeweiligen Umsetzung der Anweisung sumX(1, 2, 3, 4, 5) in C++-Anweisungen ohne variadische Templates nach!

Aufgabe 6: Variadische Templates und Vererbung

Der Mechanismus variadischer Templates ist auch auf die Vererbung anwendbar. Studieren Sie dazu folgende Definition einer Klasse X:

template <typename ... Bases>
class X : public Bases ...
{
public:
    X(const Bases& ... b) : Bases(b)...  {}
};

In der nachfolgenden Testmethode finden Sie drei Instanziierungen der Klasse X vor:

void test()
{
    X o1;

    X<std::string> o2("ABCDEF");
    std::cout << o2.size() << std::endl;  // size is same as length

    X<std::string, std::vector<std::string>> o3("ABCDEF", { "123", "456" });

    std::cout << o3.length() << std::endl;
    std::cout << o3.std::vector<std::string>::size() << std::endl;     // (1)
    std::cout << o3.std::string::size() << std::endl;                  // (2)
    // std::cout << o3.size() << std::endl;  // ambiguous access of 'size'
}
  • Welche Ausgaben erwarten Sie bei Ausführung der Testmethode?
  • Betrachten Sie die Übersetzung der Testmethode mit dem Tool cppinsights.io.
  • Warum ist die in Kommentar gesetzte Anweisung nicht übersetzungsfähig?
  • Erläutern Sie die Syntax der beiden Anweisungen mit den Kommentaren (1) und (2)

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