Перемещение дерева во время компиляции с помощью действий посещения

Чтобы сделать обход предзаказов вложенной пачки типов (т.е. дерево типов), а затем выполнить действие на каждом листе, я уже разработал алгоритм (и протестирован для правильной работы):

template <typename T>
struct HasChildren : std::false_type {};

template <template <typename...> class P, typename... Types>
struct HasChildren<P<Types...>> : std::true_type {};

template <typename, typename> struct Merge;

template <template <typename...> class P1, template <typename...> class P2, typename... Ts, typename... Us>
struct Merge<P1<Ts...>, P2<Us...>> {
    using type = P1<Ts..., Us...>;
};

template <typename, typename> struct Visit;
template <typename, typename, bool> struct VisitHelper;

template <template <typename...> class P1, template <typename...> class P2, typename First, typename... Rest, typename... Visited>
struct Visit<P1<First, Rest...>, P2<Visited...>> :
    VisitHelper<P1<First, Rest...>, P2<Visited...>, HasChildren<First>::value> {};

template <template <typename...> class P1, template <typename...> class P2, typename... Visited>
struct Visit<P1<>, P2<Visited...>> {  // End of recursion.  Every leaf in the tree visited.
    using result = P2<Visited...>;
};

template <typename, typename> struct LeafAction;

// As a simple example, the leaf action is appending its type to P<Visited...>.
template <template <typename...> class P1, template <typename...> class P2, typename First, typename... Rest, typename... Visited>
struct LeafAction<P1<First, Rest...>, P2<Visited...>> : Visit<P1<Rest...>, P2<Visited..., First>> {};  // Having visited First, now visit Rest...

// Here First has children, so visit its children, after which visit Rest...
template <template <typename...> class P1, template <typename...> class P2, typename First, typename... Rest, typename... Visited>
struct VisitHelper<P1<First, Rest...>, P2<Visited...>, true> : Visit<typename Merge<First, P1<Rest...>>::type, P2<Visited...>> {};

// Here First has no children, so the "leaf action" is carried out. 
template <template <typename...> class P1, template <typename...> class P2, typename First, typename... Rest, typename... Visited>
struct VisitHelper<P1<First, Rest...>, P2<Visited...>, false> : LeafAction<P1<First, Rest...>, P2<Visited...>> {};

Мое "действие листа" здесь просто хранит тип каждого посещенного листа, как показывает мой тест:

template <typename...> struct Pack {};
template <typename...> struct Group {};
template <typename...> struct Wrap {};
struct Object {};

int main() {
    std::cout << std::boolalpha << std::is_same<
        Visit<Pack<Wrap<int, Object, double>, bool, Group<char, Pack<int, double, Pack<char, Wrap<char, long, short>, int, Object>, char>, double>, long>, Pack<>>::type,
        Pack<int, Object, double, bool, char, int, double, char, char, long, short, int, Object, char, double, long>
    >::value << std::endl;  // true
}

Но теперь моя проблема заключается в следующем: что делать, если есть действие, выполняемое на каждом нелисте, и такое "действие без листьев" выполняется ПОСЛЕ посещения детей? Как помнить не-лист?

Вот пример задачи, которая потребует этого: Обратившись к моей программе Visit выше, после посещения каждого дочернего элемента node (но не раньше) добавьте первый тип в пакет без листа в пакет P<Visited...>. Если лист посещен, добавьте его в пакет P<Visited...>, как в исходной программе. В связи с этим конкретным порядком, Visit<Pack<Types...>>::type будет иметь определенный порядок. Решите это, и исходный вопрос будет решен.

Вот простое решение, если это нелистовое действие выполняется перед посещением его детей:

#include <iostream>
#include <type_traits>
#include <typeinfo>

template <typename T>
struct HasChildren : std::false_type {};

template <template <typename...> class P, typename... Types>
struct HasChildren<P<Types...>> : std::true_type {};

template <typename, typename> struct Merge;

template <template <typename...> class P1, template <typename...> class P2, typename... Ts, typename... Us>
struct Merge<P1<Ts...>, P2<Us...>> {
    using type = P1<Ts..., Us...>;
};

template <typename> struct FirstType;

template <template <typename...> class P, typename First, typename... Rest>
struct FirstType<P<First, Rest...>> {
    using type = First;
};

template <typename, typename> struct Visit;
template <typename, typename, bool> struct VisitHelper;

template <template <typename...> class P1, template <typename...> class P2, typename First, typename... Rest, typename... Visited>
struct Visit<P1<First, Rest...>, P2<Visited...>> :
    VisitHelper<P1<First, Rest...>, P2<Visited...>, HasChildren<First>::value> {};

template <template <typename...> class P1, template <typename...> class P2, typename... Visited>
struct Visit<P1<>, P2<Visited...>> {  // End of recursion.  Every leaf in the tree visited.
    using result = P2<Visited...>;
};

template <typename, typename> struct LeafAction;

template <template <typename...> class P1, template <typename...> class P2, typename First, typename... Rest, typename... Visited>
struct LeafAction<P1<First, Rest...>, P2<Visited...>> : Visit<P1<Rest...>, P2<Visited..., First>> {};

template <typename, typename> struct NonLeafActionPrevisit;

template <template <typename...> class P1, template <typename...> class P2, typename First, typename... Rest, typename... Visited>
struct NonLeafActionPrevisit<P1<First, Rest...>, P2<Visited...>> :
    Visit<typename Merge<First, P1<Rest...>>::type, P2<Visited..., typename FirstType<First>::type>> {};

// Here First has children, so visit its children, after which visit Rest..., but before doing so carry out the non-leaf action in the inherited struct.
template <template <typename...> class P1, template <typename...> class P2, typename First, typename... Rest, typename... Visited>
struct VisitHelper<P1<First, Rest...>, P2<Visited...>, true> :
    NonLeafActionPrevisit<P1<First, Rest...>, P2<Visited...>> {};  // *** The simple solution here.

// Here First has no children, so the "leaf action" is carried out.  In this case, it is appended to P<Visited...> as a simple example. 
template <template <typename...> class P1, template <typename...> class P2, typename First, typename... Rest, typename... Visited>
struct VisitHelper<P1<First, Rest...>, P2<Visited...>, false> : LeafAction<P1<First, Rest...>, P2<Visited...>> {};

template <typename> struct VisitTree;

template <template <typename...> class P, typename... Types>
struct VisitTree<P<Types...>> : Visit<P<Types...>, P<>> {};

// ---------------------------- Testing ----------------------------
template <typename...> struct Pack {};
template <typename...> struct Group {};
template <typename...> struct Wrap {};
struct Object {};

int main() {
    std::cout << std::boolalpha << std::is_same<
        VisitTree<Pack<Wrap<int, Object, double>, bool, Group<char, Pack<int, double, Pack<char, Wrap<char, long, short>, int, Object>, char>, double>, long>>::result,
        Pack<int, int, Object, double, bool, char, char, int, int, double, char, char, char, char, long, short, int, Object, char, double, long>
    >::value << std::endl;  // true
}

Теперь, каково решение, если это нелистовое действие должно выполняться ПОСЛЕ посещения детей? В этом случае выход будет отличаться, а именно:

Pack<int, Object, double, int, bool, char, int, double, char, char, long, short, char, int, Object, int, char, char, double, long>

Идея: Получить последнего ребенка с первого. Сохраните этот последний ребенок и сначала где-нибудь (но где???). Когда этот последний ребенок будет посещен, выполните одностороннее действие на первом. Что-то вроде:

template <typename, typename, typename> struct Visit;
template <typename, typename, typename, bool> struct VisitHelper;

template <template <typename...> class P1, template <typename...> class P2, template <typename...> class P3, typename First, typename... Rest, typename... ChildAndParent, typename... Visited>
struct Visit<P1<First, Rest...>, P2<ChildAndParent...>, P3<Visited...>> :
    VisitHelper<P1<First, Rest...>, P2<ChildAndParent...>, P3<Visited...>, HasChildren<First>::value> {};

template <template <typename...> class P1, template <typename...> class P2, template <typename...> class P3, typename... ChildAndParent, typename... Visited>
struct Visit<P1<>, P2<ChildAndParent...>, P3<Visited...>> {  // End of recursion.  Every leaf in the tree visited.
    using type = P3<Visited...>;
};

// Here First has children, so visit its children, after which visit Rest...
template <template <typename...> class P1, template <typename...> class P2, template <typename...> class P3, typename First, typename... Rest, typename... ChildAndParent, typename... Visited>
struct VisitHelper<P1<First, Rest...>, P2<ChildAndParent...>, P3<Visited...>, true> :
    Visit<typename Merge<First, P2<Rest...>>::type, P2<ChildAndParent...,
    typename LastType<First>::type, First>, P3<Visited...>> {};
// Idea:  Get the last child from First.  Store that last child and First here.  When that last child is visited, carry out the non-leaf action on First.

// Here First has no children, so the "leaf action" is carried out.  In this case, it is appended to P<Visited...> as a simple example. 
template <template <typename...> class P1, template <typename...> class P2, template <typename...> class P3, typename First, typename... Rest, typename... ChildAndParent, typename... Visited>
struct VisitHelper<P1<First, Rest...>, P2<ChildAndParent...>, P3<Visited...>, false> :
    Visit<P1<Rest...>, P2<ChildAndParent...>, P3<Visited..., First>> {};

Теперь жесткой частью было бы использовать P2<ChildAndParent...> правильно, предполагая, что идея будет работать вообще.

Обновление (через 12 часов): Хорошо, я старался изо всех сил. Вот то, что я придумал, компилирует, но это ускользает от меня, почему я все равно получаю неправильный результат. Возможно, кто-то может пролить свет на это.

#include <iostream>
#include <type_traits>
#include <typeinfo>

template <typename T>
struct HasChildren : std::false_type {};

template <template <typename...> class P, typename... Types>
struct HasChildren<P<Types...>> : std::true_type {};

template <typename, typename> struct Merge;

template <template <typename...> class P1, template <typename...> class P2, typename... Ts, typename... Us>
struct Merge<P1<Ts...>, P2<Us...>> {
    using type = P1<Ts..., Us...>;
};

template <typename> struct FirstType;

template <template <typename...> class P, typename First, typename... Rest>
struct FirstType<P<First, Rest...>> {
    using type = First;
};

template <typename> struct LastType;

template <template <typename...> class P, typename Last>
struct LastType<P<Last>> {
    using type = Last;
};

template <template <typename...> class P, typename First, typename... Rest>
struct LastType<P<First, Rest...>> : LastType<P<Rest...>> {};

template <typename, typename...> struct ExistsInPack;

template <typename T, typename First, typename... Rest>
struct ExistsInPack<T, First, Rest...> : ExistsInPack<T, Rest...> {};

template <typename T, typename... Rest>
struct ExistsInPack<T, T, Rest...> : std::true_type {};

template <typename T>
struct ExistsInPack<T> : std::false_type {};

template <typename Child, typename First, typename Second, typename... Rest>
struct GetParent : GetParent<Child, Rest...> {};

template <typename Child, typename Parent, typename... Rest>
struct GetParent<Child, Child, Parent, Rest...> {
    using type = Parent;
};

template <typename, typename, typename> struct RemoveChildAndParentHelper;

template <template <typename...> class P, typename Child, typename First, typename Second, typename... Rest, typename... Accumulated>
struct RemoveChildAndParentHelper<Child, P<First, Second, Rest...>, P<Accumulated...>> : RemoveChildAndParentHelper<Child, P<Rest...>, P<Accumulated..., First, Second>> {};

template <template <typename...> class P, typename Child, typename Parent, typename... Rest, typename... Accumulated>
struct RemoveChildAndParentHelper<Child, P<Child, Parent, Rest...>, P<Accumulated...>> {
    using type = P<Accumulated..., Rest...>;
};

template <template <typename...> class P, typename Child, typename... Accumulated>
struct RemoveChildAndParentHelper<Child, P<>, P<Accumulated...>> {
    using type = P<Accumulated...>;
};

template <typename, typename> struct RemoveChildAndParent;

template <template <typename...> class P, typename Child, typename... LastChildAndParent>
struct RemoveChildAndParent<Child, P<LastChildAndParent...>> : RemoveChildAndParentHelper<Child, P<LastChildAndParent...>, P<>> {};

template <typename, typename, typename> struct Visit;
template <typename, typename, typename, bool> struct VisitHelper;
template <typename, typename, typename, bool> struct CheckIfLastChild;

template <template <typename...> class P1, template <typename...> class P2, template <typename...> class P3, typename First, typename... Rest, typename... LastChildAndParent, typename... Visited>
struct Visit<P1<First, Rest...>, P2<LastChildAndParent...>, P3<Visited...>> :
    VisitHelper<P1<First, Rest...>, P2<LastChildAndParent...>, P3<Visited...>, HasChildren<First>::value> {};

template <template <typename...> class P1, template <typename...> class P2, template <typename...> class P3, typename... LastChildAndParent, typename... Visited>
struct Visit<P1<>, P2<LastChildAndParent...>, P3<Visited...>> {  // End of recursion.  Every leaf in the tree visited.
    using result = P3<Visited...>;
    using storage = P2<LastChildAndParent...>;  // just for checking (remove later)
};

// Here First has children, so visit its children, after which visit Rest...
// Get the last child from First.  Store that last child and First here.  When that last child is visited later on, carry out the non-leaf action on First.
template <template <typename...> class P1, template <typename...> class P2, template <typename...> class P3, typename First, typename... Rest, typename... LastChildAndParent, typename... Visited>
struct VisitHelper<P1<First, Rest...>, P2<LastChildAndParent...>, P3<Visited...>, true> :
    Visit<typename Merge<First, P2<Rest...>>::type, P2<LastChildAndParent..., typename LastType<First>::type, First>, P3<Visited...>> {};

// Here First has no children, so the "leaf action" is carried out.  In this case, it is appended to P<Visited...>.
// Check if First is a last child.  If so the non-leaf action of its parent is to be carried out immediately after First action is carried out.
template <template <typename...> class P1, template <typename...> class P2, template <typename...> class P3, typename First, typename... Rest, typename... LastChildAndParent, typename... Visited>
struct VisitHelper<P1<First, Rest...>, P2<LastChildAndParent...>, P3<Visited...>, false> :
    CheckIfLastChild<P1<First, Rest...>, P2<LastChildAndParent...>, P3<Visited...>, ExistsInPack<First, LastChildAndParent...>::value> {};

// First is a last child (and is a leaf), so append First to P3<Visited...> (the leaf action), and then append the first type of its parent to P3<Visited...> after it (the non-leaf action).
// First and its parent must be removed from P2<LastChildAndParent...> at this point.
template <template <typename...> class P1, template <typename...> class P2, template <typename...> class P3, typename First, typename... Rest, typename... LastChildAndParent, typename... Visited>
struct CheckIfLastChild<P1<First, Rest...>, P2<LastChildAndParent...>, P3<Visited...>, true> :
    Visit<P1<Rest...>, typename RemoveChildAndParent<First, P2<LastChildAndParent...>>::type, P3<Visited..., First, typename FirstType<typename GetParent<First, LastChildAndParent...>::type>::type>> {};

// First is not a last child (but is a leaf), so append First to P3<Visited...> (the leaf action) and proceed with visiting the next type in P1<Rest...>.
template <template <typename...> class P1, template <typename...> class P2, template <typename...> class P3, typename First, typename... Rest, typename... LastChildAndParent, typename... Visited>
struct CheckIfLastChild<P1<First, Rest...>, P2<LastChildAndParent...>, P3<Visited...>, false> : Visit<P1<Rest...>, P2<LastChildAndParent...>, P3<Visited..., First>> {};

template <typename> struct VisitTree;

template <template <typename...> class P, typename... Types>
struct VisitTree<P<Types...>> : Visit<P<Types...>, P<>, P<>> {};

// ---------------------------- Testing ----------------------------
template <typename...> struct Pack;

template <typename Last>
struct Pack<Last> {
    static void print() {std::cout << typeid(Last).name() << std::endl;}
};

template <typename First, typename... Rest>
struct Pack<First, Rest...> {
    static void print() {std::cout << typeid(First).name() << ' ';  Pack<Rest...>::print();}
};

template <>
struct Pack<> {
    static void print() {std::cout << "empty" << std::endl;}
};

template <typename...> struct Group {};
template <typename...> struct Wrap {};
struct Object {};

int main() {
    using Tree = VisitTree<Pack<Wrap<int, Object, double>, bool, Group<char, Pack<int, double, Pack<char, Wrap<char, long, short>, int, Object>, char>, double>, long>>;
    Tree::result::print();  // int Object double int bool char int double char char int char long short int Object char char double long
    Tree::storage::print();  // empty
    std::cout << std::boolalpha << std::is_same<
        Tree::result,
        Pack<int, Object, double, int, bool, char, int, double, char, char, long, short, char, int, Object, char, char, int, char, double, long>
    >::value << std::endl;  // false
}

В случае, если вам интересно, вот моя мотивация для этого: Рассмотрим этот цикл (который, очевидно, выполняется во время выполнения):

template <int N>
void Graph<N>::topologicalSortHelper (int v, std::array<bool, N>& visited, std::stack<int>& stack) {
    visited[v] = true;  // Mark the current node as visited.
    for (int x : adjacentVertices[v])  // Repeat for all the vertices adjacent to this vertex.
        if (!visited[x])
            topologicalSortHelper (x, visited, stack);
    stack.push(v);  // Push current vertex to 'stack' which stores the result.
}

Здесь есть 2 "нелистовых действия". visited[v] = true; выполняется перед посещением детей, так что это не проблема (просто сделайте изменение в наследовании), но реальная проблема - stack.push(v);, которая выполняется после посещения детей. В конечном итоге, я хочу, чтобы Graph<6, 5,2, 5,0, 4,0, 4,1, 2,3, 3,1>::topological_sort был результатом времени компиляции index_sequence<5,4,2,3,1,0>, где 6 - число вершин, а 5,2, 5,0, 4,0, 4,1, 2,3, 3,1 описывает ребра графа. Это настоящий проект, над которым я работаю, и я почти закончил. Решите вышеуказанную общую проблему, и я разрешу эту проблему решить.

Обновление: Я заметил ошибку в моей логике. Строка:

Visit<typename Merge<First, P2<Rest...>>::type, P2<LastChildAndParent..., typename LastType<First>::type, First>, P3<Visited...>>

не однозначно определяет, где находится последний ребенок, потому что в дереве могут быть другие листья, имеющие тип First. Это предполагает, что либо:

• Исходное дерево должно быть переработано с уникальными серийными номерами для каждого node (последнее средство, поскольку это заставляет клиентский код меняться) или

• Алгоритм должен назначать уникальные последовательные идентификаторы для каждого node в дереве по мере его прохождения. Эта вторая идея идеальна, поскольку исходное дерево не нуждается в перепроектировании, но это намного сложнее. Например, какой будет идентификационный номер для ребенка, который, как известно, существует, но еще не был посещен в обход? Похоже, что номера ветвей должны будут соответствовать идентификатору каждого node.

Кстати, мне удалось решить мою оригинальную проблему топологического сортирования времени компиляции для графика: http://ideone.com/9DKh4s

Он использует шаблон, который разрабатывается в этом потоке, и мне повезло, что каждая вершина имеет уникальные значения node. Но я все же хочу знать общее решение в том случае, если узлы дерева не имеют уникальных значений, не прилагая уникальных последовательных идентификаторов к каждому node исходного дерева (что серьезно угадывает дизайн исходного дерева), т.е. выполнить решение № 2, описанное выше, или что-то подобное).

Обновить (после нескольких дней мысли). Теперь работа над новой идеей, которая может вдохновить любого, кто интересуется этой проблемой:

template <typename, typename, typename> struct NonLeafActionPostvisit;

// As a simple example, the postvisit non-leaf action is appending the first type of the pack to P<Visited...>.
template <template <typename...> class P1, template <typename...> class P2, typename ChildrenVisits, typename First, typename... Rest, typename... Visited>
struct NonLeafActionPostvisit<ChildrenVisits, P1<First, Rest...>, P2<Visited...>> :
    Visit<P1<Rest...>, P2<Visited..., typename FirstType<First>::type>> {};

// Postvisit:
// Here First has children, so visit its children, after which carry out the postvisit non-leaf action, and then visit Rest...
template <template <typename...> class P1, template <typename...> class P2, typename First, typename... Rest, typename... Visited>
struct VisitHelper<P1<First, Rest...>, P2<Visited...>, true> :
    NonLeafActionPostvisit<Visit<First, P2<Visited...>>, P1<First, Rest...>, P2<Visited...>> {};

// Here First has no children, so the "leaf action" is carried out.  In this case, it is appended to P<Visited...> as a simple example. 
template <template <typename...> class P1, template <typename...> class P2, typename First, typename... Rest, typename... Visited>
struct VisitHelper<P1<First, Rest...>, P2<Visited...>, false> :
    LeafAction<P1<First, Rest...>, P2<Visited...>> {};

Пока он не дает правильных результатов, но если он работает в конце, он кажется намного более элегантным, чем идеи, которые я уже набросал.