如何用可变参数模板从std::tuple自动推导成员类型data_t？

问题背景 #

现有多个包含data_t成员类型的结构体：

struct A { using data_t = int; };
struct B { using data_t = double; };
struct C { using data_t = bool; };
// 其他结构体

编译时会选择其中部分结构体组成复合类型base_t（基于std::tuple），希望派生类能自动推导对应的data_t成员，避免手动编写std::tuple<A::data_t, B::data_t, A::data_t, C::data_t>这类容易出错的代码。

目前通过CMake的configure_file生成base_t和派生类data_t的内容，但想改用C++可变参数模板和折叠表达式实现自动推导。之前的尝试存在问题：

• 手动指定索引的helper模板需要逐个写索引，不够自动化：

  #include <utility>
  
  template<size_t... idx>
  using helper = std::tuple<
    typename std::tuple_element_t<idx, base_t>::data_t ...
  >;
  
  struct Bar : public base_t {
    using data_t = helper<0, 1, 2, 3>;
  };
  

• 尝试用std::index_sequence自动生成索引时编译报错（Intel C++ 2023.02），因为无法直接将std::index_sequence对象转换为size_t参数包：

  struct Baz : public base_t {
    static constexpr auto indices{std::make_index_sequence<std::tuple_size_v<base_t>>};
  
    using data_t = helper<indices>;  // 错误：无法将std::index_sequence转换为size_t
  };
  

解决方案 #

方案1：直接基于tuple参数包展开的类型萃取 #

这是最简洁的实现方式，直接针对std::tuple的参数包展开提取每个元素的data_t：

#include <tuple>

// 类型萃取模板：从输入的tuple类型中提取每个元素的data_t，组成新tuple
template<typename Tuple>
struct tuple_data_t;

// 特化处理std::tuple<Ts...>类型
template<typename... Ts>
struct tuple_data_t<std::tuple<Ts...>> {
    using type = std::tuple<typename Ts::data_t...>;
};

// 简化使用的别名
template<typename Tuple>
using tuple_data_t_t = typename tuple_data_t<Tuple>::type;

使用示例：

using base_t = std::tuple<A, B, A, C>;

struct Foo : public base_t {
    // 直接从base_t自动推导data_t
    using data_t = tuple_data_t_t<base_t>;
};

方案2：基于index_sequence的修正实现 #

如果一定要用索引序列的方式，需要通过中间模板将std::index_sequence类型展开为size_t...参数包：

#include <tuple>
#include <utility>

using base_t = std::tuple<A, B, A, C>;

// 辅助函数模板，用于推导返回类型
template<size_t... idx>
auto make_data_t_impl(std::index_sequence<idx...>) 
    -> std::tuple<typename std::tuple_element_t<idx, base_t>::data_t...>;

// 通过decltype获取返回类型作为data_t
template<typename Seq>
using make_data_t = decltype(make_data_t_impl(Seq{}));

struct Bar : public base_t {
    using data_t = make_data_t<std::make_index_sequence<std::tuple_size_v<base_t>>>;
};

或者封装成通用的helper模板：

#include <tuple>
#include <utility>

template<typename Tuple, size_t... idx>
using helper_impl = std::tuple<typename std::tuple_element_t<idx, Tuple>::data_t...>;

template<typename Tuple>
using helper = helper_impl<Tuple, std::make_index_sequence<std::tuple_size_v<Tuple>>>;

using base_t = std::tuple<A, B, A, C>;

struct Baz : public base_t {
    using data_t = helper<base_t>;
};

错误原因说明 #

之前的代码报错是因为std::make_index_sequence<std::tuple_size_v<base_t>>生成的是一个类型（比如std::index_sequence<0,1,2,3>），而helper模板需要的是一组size_t字面量参数（0,1,2,3）。必须通过模板特化、decltype推导等方式，将索引序列类型中的参数包提取出来，才能传递给需要size_t...的模板。

内容的提问来源于stack exchange，提问作者Dominic Kerr