I heard you like tuple so i put tuple in your tuple so you have tuple in your tuple - Yo Dawg (Source)

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需求

今天上午写代码时，写着写着遇到一个需求，是在 C++ 程序里把一个命令行字符串解析成对应的一组变量。也就是把形如：

app.exe foo 100 bar 0.05

这样的一个字符串解析一下，放到下面这样的一组变量里：

struct VariableGroup
{
    std::string   name = "";
    int           id = 0;
    std::string   description = "";
    float         precision = 0.0f;
};

这个需求很常见，相信大家都遇到过吧。在实际的程序里，同一个命令行可以有各种不同的用法，命令和参数，全部都手写的话，很罗嗦，维护也麻烦。如果是 Python，有现成的 argparse 和 docopt，C++ 的话，选择就少一些了，而我又不想用 boost::tokenizer 之类的库，脑子里突然闪过 std::tuple 这货。好吧，就是它了，试着手写一个类型安全，简洁轻便，又能有一定灵活性的版本吧。

我们知道，std::tuple (以下简洁起见直接说 tuple) 最好玩的特性就是可以装 n 个任意类型的变量（一个加强版的 std::pair）正好对应“命令行字符串的参数类型和个数的随意组合”的需求。

老规矩，先定义接口：

std::tuple<...> parse(const std::string& commandline)
{
    ...
    return ???;
}

上面的代码中，接收一个字符串，返回一个 tuple 包含解析好的各项数据。如果能定义出这样的接口，那么用的时候我们就可以这样了：

auto v = parse<std::string, int, float>("foo 123 0.05");

这样解析过之后 v 就是一个包含了三个元素的 tuple，分别是 std::string "foo"、int 123 和 float 0.05。这个 parse() 函数应该可以接收任意数目任意类型的命令行参数，返回一个内含对应数目和类型的 tuple。

清楚，简洁和方便，对吧 ^_^

目标一明确，就可以开始挽起袖子写代码了。

......

约过了一炷香时间，（好吧，两柱香 -_-）写好了。现在回头对一下前面提出的接口，能满足我们“既类型安全，又简洁轻便，还有一定灵活性”的需求吗？我们一起来看看吧。

接口

实际写好的功能以类 BtArgParser 的形式提供：

class BtArgParser
{
public:
    BtArgParser(const std::string& args);
    ...
    template<class... Args> std::tuple<Args...> parse_tuple() { ... }
    template<class... Args> std::tuple<Args...> parse_tuple_tolerated() { ... }
    template<class... Args> bool parse_tuple_no_throw(std::tuple<Args...>* out_tuple) { ... }
};

这个类的构造函数接收一个命令行字符串，然后用户可以选择使用三个成员函数之一，完成解析的任务。

这时候你要问了，不是说好的一个接口吗，怎么多出了两个来？

别急，且容俺一一道来。

我们知道，根据经验，传入的字符串一般是用户在终端敲进去的。既然是用户输入，就有出错的可能，可能敲少了，敲多了，命令敲错了，类型弄错了，等等等等……咱们的 parse() 函数需要在遇到情况的时候，告诉用户出错了。瞅瞅前面的用例，返回值已经被 tuple 占据了，难道让我们学 map::insert 那样，返回一个 pair<iterator, bool> 吗？（喂喂喂，说好的简洁轻便呢？）

这里通过提供三个命名迥异的函数，提供不同的处理策略。

1. parse_tuple() 返回 tuple ，遇到错误时抛对应的异常（同标准库大多数函数的行为一致）
2. parse_tuple_tolerated() 返回 tuple，遇到错误尽可能恢复，并尽可能返回有效数据，不报错
3. parse_tuple_no_throw() 不抛异常，但返回 bool 表示是否解析成功，tuple 以参数返回

这个看起来啰嗦的方案，实际上是让代码自带注释属性，而且顺便做到对查找友好 (grep-friendly) 的。来吧，跟我一起念，代码可读性是程序员生活质量的保证~~

parse_tuple() 标准版

第一个函数 parse_tuple() 没啥好说的，使用姿势就和前面的接口描述几乎一致：

BtArgParser p(args);
auto v = p.parse_tuple<std::string, int, float>();

注意这是抛异常的版本，如果不手动 try / catch 处理错误的话，当发生错误时会一层一层 unwind 直到程序退出或被外层捕获。这里可能抛出的异常都在 std::exception 之下。

parse_tuple_tolerated() 容错版

从上面可以知道，第二个函数 parse_tuple_tolerated() 会尽可能地把传进来的字符串和需求方 tuple 内的变量类型匹配，那么具体的策略是什么呢？如果命令行提供了多余的参数，那么直接忽略；如果参数不够，那么就补充空的字符串参数；如果类型不匹配，那么使用 0 (对应 int 和 float) 和 "" (对应 std::string) 去构造默认值。总之，能恢复就恢复，能分析出多少分析多少。

如下所示，当运行这一句代码时：

auto v = p.parse_tuple_tolerated<std::string, int, float>();

有意地提供下图中黑体字部分以 ed scale 开头的两条(不匹配的)命令

1. ed scale foo 1.32 bar
2. ed scale foo bar

（注意，黑体字部分将被解析为三个参数依次为 'string', 'int' 和 'float' 的 tuple）：

紧接着命令的一行输出是返回的解析结果。简单描述一下，

第一次匹配 (匹配内容为 "foo 1.32 bar") 时，

• "foo" 解析为 std::string 分析成功
• "1.32" 解析为 int 强转为 1 分析成功
• "bar" 解析为 float 失败，得到使用 0 构造的 0.0

结果是能转换的就转换，转不了的返回 0。

第二次匹配 (匹配内容为 "foo bar") 时，

• "foo" 解析为 std::string 分析成功
• "bar" 解析为 int 失败，得到 0
• 第三个参数没提供，直接返回 0.0

结果是参数数目不符时，用零补足。

可以看到，使用 parse_tuple_tolerated() 来做高容忍度的匹配，总会返回有效的 tuple （当然里面的值并不总是有意义）。有 Lua 经验的程序员可能已经看出来了，这与 Lua 处理函数参数时的容错机制 (不够就补足，多了就忽略) 是类似的。

parse_tuple_no_throw() 静音版

呼，喝口水，接着说第三个函数 parse_tuple_no_throw() 。这个函数除了把抛异常改为返回 bool (以及由此导致的使用参数来返回 tuple) 以外，内部行为与第一条保持一致。需要补充说明的是，仅靠返回 bool 来表示是否成功，一些情况下是不够的。实践中我把错误细节打印到了日志中，当需要调试的时候可以查看日志，如下所示：

运行代码：

std::tuple<std::string, int, float> v;
if (!p.parse_tuple_no_throw(& v))
    return;

然后有意地提供下面图中黑体字部分的命令行参数，就可以看到如下图中的报错信息了

可以看到，

• 第一次，我们传了 "foo" 和 "bar" 两个字符串进来，报了错误 std::logic_error：参数个数不匹配，需要三个，传了两个。
• 第二次我们传了 123，"foo" 和 "bar" 三个参数进来，又报 std::bad_cast 的错了：有类型转换失败，具体细节是第 1 个参数从 std::string 到 int 转换失败的。注意，这里的第一个实际上是第二个，我们保持 C/C++ 的传统，从 0 开始计数。

在这一例中，123 被成功地解析成字符串 "123" 而解析第二个参数 foo 时遇到了错误，无法转成 int，就报错并返回 false 退出了。

细节

好了，介绍到这里，本文就应该结束了。下次如果时间充裕的话，我们再来聊一下 BtArgParser 内部的实现吧。有兴趣自己看的同学，代码的传送门在这里 (BtArgParser.h) 和这里 (BtArgParser.cpp) 。预备知识是 std::tuple，std::tuple_size 和 std::tuple_element<...>::type，以及可变参模板，模板偏特化及模板递归的语意，这几点如果有疑问的话，可以点对应的链接进去了解一下。

不多说了，要回去继续撸代码了。不得不说，写代码比写文章好玩多了~~

[完]
Gu Lu
[2015-12-22]

[注]

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