c++ - 设计用于标记和传输树的 C++ DSL

Question

简而言之

我正在尝试为 C 库设计一个更好的 C++ 接口(interface)，它通过通信 channel 发送树状表达式(à la iostreams vs stdio)。我不确定是否有可能在 C++ 中设计一个 DSL 来标记这些树同时避免运行时开销，如果是的话，如何。

C库的简单解释

有一个 C 库可以通过通信 channel 发送“表达式”。这里的“表达式”是指树结构，可以用类似于函数调用的方式方便地表示。

例如，

f(1, 2, g(3), "foo")

表示这棵树:

^{你们中的一些人可能认识 Mathematica在这一点上，但我决定将其排除在外，因为它与问题无关。}

我们将 f 称为 head 和 1、2、g(3) 作为参数。

要发送此表达式，我们将编写以下内容:

putHead("f" /* name */, 3 /* argument count */);
  putInteger(1);
  putInteger(2);
  putHead("g" /* name */, 1 /* argument count */);
    putInteger(3);
  putString("foo");

问题

是否可以为此设计一个具有以下特点的更方便的C++ API？

1. 编写起来更简洁(想想 iostreams vs stdio)
2. 无需为每个头显式指定参数计数；取而代之的是使用一种方便的表示法(类似于上面的 f(1,2,g(3)))，它从中自动推断参数计数
3. 在没有运行时开销的情况下实现 (2)(即在编译时推断参数计数)
4. 必须在后台使用上述 C 接口(interface)

我可以使用类似流的接口(interface)来执行 (1)(即无需明确指定每个参数的 Integer、String 等类型)。我可以以涉及额外运行时计算的方式执行 (2)。但我不知道考虑到 C++ 的特性，(2)/(3) together 是否可能。最后，我希望在 C++ 本身中为这些表达式提供一个方便的符号。

那么是否有可能在 C++ 中为此设计一个 DSL，同时避免所有运行时开销？如果是，如何？我不一定要寻找以代码为答案的完整解决方案，只是寻找一些入门指南或可能有效的方法摘要。

Answer 1

我可以想出几种在 C++ 中表示树的方法。其中一些(#1、#2)的实现将涉及构建一个中间结构，然后在最后调用 C 函数。其他人(#5、#6)可以随时调用 C 函数，因为在编译时已知任何节点的子节点数。

1) 使用流畅的接口(interface)和重载:

Tree()
  .head("f")
    .put(1)
    .put(2)
    .head("g")
      .put(3)
      .end()
    .put("foo")
    .end();

2) 或者，不调用 end():

head("f")
  .put(1)
  .put(2)
  .put(head("g")
    .put(3))
  .put("foo");

3) 使用运算符<<:

Tree("f")
  << 1
  << 2
  << (Tree("g") << 3)
  << "foo";

4) 使用运算符():

Tree("f")
  (1)
  (2)
  (Tree("g")(3))
  ("foo")

5) 使用 std::initializer_list，其中 Node 是一种可从 int 和 std::string 隐式转换的类型:

Tree { "f", {
  1,
  2,
  { "g", { 3 } }
  "foo",
} }

6) 使用可变参数模板:

head("f").put(
  1,
  2,
  head("g").put(3)
  "foo");