folly/experimental/Gen.h

   1 /*
   2  * Copyright 2013 Facebook, Inc.
   3  *
   4  * Licensed under the Apache License, Version 2.0 (the "License");
   5  * you may not use this file except in compliance with the License.
   6  * You may obtain a copy of the License at
   7  *
   8  *   http://www.apache.org/licenses/LICENSE-2.0
   9  *
  10  * Unless required by applicable law or agreed to in writing, software
  11  * distributed under the License is distributed on an "AS IS" BASIS,
  12  * WITHOUT WARRANTIES OR CONDITIONS OF ANY KIND, either express or implied.
  13  * See the License for the specific language governing permissions and
  14  * limitations under the License.
  15  */
  16
  17 #pragma once
  18
  19 #include <functional>
  20 #include <memory>
  21 #include <type_traits>
  22 #include <utility>
  23 #include <algorithm>
  24 #include <random>
  25 #include <vector>
  26 #include <unordered_set>
  27
  28 #include "folly/Range.h"
  29 #include "folly/Optional.h"
  30 #include "folly/Conv.h"
  31
  32 /**
  33  * Generator-based Sequence Comprehensions in C++, akin to C#'s LINQ
  34  * @author Tom Jackson <tjackson@fb.com>
  35  *
  36  * This library makes it possible to write declarative comprehensions for
  37  * processing sequences of values efficiently in C++. The operators should be
  38  * familiar to those with experience in functional programming, and the
  39  * performance will be virtually identical to the equivalent, boilerplate C++
  40  * implementations.
  41  *
  42  * Generator objects may be created from either an stl-like container (anything
  43  * supporting begin() and end()), from sequences of values, or from another
  44  * generator (see below). To create a generator that pulls values from a vector,
  45  * for example, one could write:
  46  *
  47  *   vector<string> names { "Jack", "Jill", "Sara", "Tom" };
  48  *   auto gen = from(names);
  49  *
  50  * Generators are composed by building new generators out of old ones through
  51  * the use of operators. These are reminicent of shell pipelines, and afford
  52  * similar composition. Lambda functions are used liberally to describe how to
  53  * handle individual values:
  54  *
  55  *   auto lengths = gen
  56  *                | mapped([](const fbstring& name) { return name.size(); });
  57  *
  58  * Generators are lazy; they don't actually perform any work until they need to.
  59  * As an example, the 'lengths' generator (above) won't actually invoke the
  60  * provided lambda until values are needed:
  61  *
  62  *   auto lengthVector = lengths | as<std::vector>();
  63  *   auto totalLength = lengths | sum;
  64  *
  65  * 'auto' is useful in here because the actual types of the generators objects
  66  * are usually complicated and implementation-sensitive.
  67  *
  68  * If a simpler type is desired (for returning, as an example), VirtualGen<T>
  69  * may be used to wrap the generator in a polymorphic wrapper:
  70  *
  71  *  VirtualGen<float> powersOfE() {
  72  *    return seq(1) | mapped(&expf);
  73  *  }
  74  *
  75  * To learn more about this library, including the use of infinite generators,
  76  * see the examples in the comments, or the docs (coming soon).
  77 */
  78
  79 namespace folly { namespace gen {
  80
  81 template<class Value, class Self>
  82 class GenImpl;
  83
  84 template<class Self>
  85 class Operator;
  86
  87 class EmptySequence : public std::exception {
  88 public:
  89   virtual const char* what() const noexcept {
  90     return "This operation cannot be called on an empty sequence";
  91   }
  92 };
  93
  94 class Less {
  95 public:
  96   template<class First,
  97            class Second>
  98   auto operator()(const First& first, const Second& second) const ->
  99   decltype(first < second) {
 100     return first < second;
 101   }
 102 };
 103
 104 class Greater {
 105 public:
 106   template<class First,
 107            class Second>
 108   auto operator()(const First& first, const Second& second) const ->
 109   decltype(first > second) {
 110     return first > second;
 111   }
 112 };
 113
 114 template<int n>
 115 class Get {
 116 public:
 117   template<class Value>
 118   auto operator()(Value&& value) const ->
 119   decltype(std::get<n>(std::forward<Value>(value))) {
 120     return std::get<n>(std::forward<Value>(value));
 121   }
 122 };
 123
 124 template<class Class,
 125          class Result>
 126 class MemberFunction {
 127  public:
 128   typedef Result (Class::*MemberPtr)();
 129  private:
 130   MemberPtr member_;
 131  public:
 132   explicit MemberFunction(MemberPtr member)
 133     : member_(member)
 134   {}
 135
 136   Result operator()(Class&& x) const {
 137     return (x.*member_)();
 138   }
 139
 140   Result operator()(Class& x) const {
 141     return (x.*member_)();
 142   }
 143 };
 144
 145 template<class Class,
 146          class Result>
 147 class ConstMemberFunction{
 148  public:
 149   typedef Result (Class::*MemberPtr)() const;
 150  private:
 151   MemberPtr member_;
 152  public:
 153   explicit ConstMemberFunction(MemberPtr member)
 154     : member_(member)
 155   {}
 156
 157   Result operator()(const Class& x) const {
 158     return (x.*member_)();
 159   }
 160 };
 161
 162 template<class Class,
 163          class FieldType>
 164 class Field {
 165  public:
 166   typedef FieldType (Class::*FieldPtr);
 167  private:
 168   FieldPtr field_;
 169  public:
 170   explicit Field(FieldPtr field)
 171     : field_(field)
 172   {}
 173
 174   const FieldType& operator()(const Class& x) const {
 175     return x.*field_;
 176   }
 177
 178   FieldType& operator()(Class& x) const {
 179     return x.*field_;
 180   }
 181
 182   FieldType&& operator()(Class&& x) const {
 183     return std::move(x.*field_);
 184   }
 185 };
 186
 187 class Move {
 188 public:
 189   template<class Value>
 190   auto operator()(Value&& value) const ->
 191   decltype(std::move(std::forward<Value>(value))) {
 192     return std::move(std::forward<Value>(value));
 193   }
 194 };
 195
 196 class Identity {
 197 public:
 198   template<class Value>
 199   auto operator()(Value&& value) const ->
 200   decltype(std::forward<Value>(value)) {
 201     return std::forward<Value>(value);
 202   }
 203 };
 204
 205 template <class Dest>
 206 class Cast {
 207  public:
 208   template <class Value>
 209   Dest operator()(Value&& value) const {
 210     return Dest(std::forward<Value>(value));
 211   }
 212 };
 213
 214 template <class Dest>
 215 class To {
 216  public:
 217   template <class Value>
 218   Dest operator()(Value&& value) const {
 219     return ::folly::to<Dest>(std::forward<Value>(value));
 220   }
 221 };
 222
 223 // Specialization to allow String->StringPiece conversion
 224 template <>
 225 class To<StringPiece> {
 226  public:
 227   StringPiece operator()(StringPiece src) const {
 228     return src;
 229   }
 230 };
 231
 232 namespace detail {
 233
 234 template<class Self>
 235 struct FBounded;
 236
 237 /*
 238  * Type Traits
 239  */
 240 template<class Container>
 241 struct ValueTypeOfRange {
 242  private:
 243   static Container container_;
 244  public:
 245   typedef decltype(*std::begin(container_))
 246     RefType;
 247   typedef typename std::decay<decltype(*std::begin(container_))>::type
 248     StorageType;
 249 };
 250
 251
 252 /*
 253  * Sources
 254  */
 255 template<class Container,
 256          class Value = typename ValueTypeOfRange<Container>::RefType>
 257 class ReferencedSource;
 258
 259 template<class Value,
 260          class Container = std::vector<typename std::decay<Value>::type>>
 261 class CopiedSource;
 262
 263 template<class Value, bool endless = false, bool endInclusive = false>
 264 class Sequence;
 265
 266 template<class Value, class First, class Second>
 267 class Chain;
 268
 269 template<class Value, class Source>
 270 class Yield;
 271
 272 template<class Value>
 273 class Empty;
 274
 275
 276 /*
 277  * Operators
 278  */
 279 template<class Predicate>
 280 class Map;
 281
 282 template<class Predicate>
 283 class Filter;
 284
 285 template<class Predicate>
 286 class Until;
 287
 288 class Take;
 289
 290 template<class Rand>
 291 class Sample;
 292
 293 class Skip;
 294
 295 template<class Selector, class Comparer = Less>
 296 class Order;
 297
 298 template<class Selector>
 299 class Distinct;
 300
 301 template<class First, class Second>
 302 class Composed;
 303
 304 template<class Expected>
 305 class TypeAssertion;
 306
 307 /*
 308  * Sinks
 309  */
 310 template<class Seed,
 311          class Fold>
 312 class FoldLeft;
 313
 314 class First;
 315
 316 class Any;
 317
 318 template<class Predicate>
 319 class All;
 320
 321 template<class Reducer>
 322 class Reduce;
 323
 324 class Sum;
 325
 326 template<class Selector,
 327          class Comparer>
 328 class Min;
 329
 330 template<class Container>
 331 class Collect;
 332
 333 template<template<class, class> class Collection = std::vector,
 334          template<class> class Allocator = std::allocator>
 335 class CollectTemplate;
 336
 337 template<class Collection>
 338 class Append;
 339
 340 template<class Value>
 341 struct GeneratorBuilder;
 342
 343 template<class Needle>
 344 class Contains;
 345
 346 }
 347
 348 /**
 349  * Polymorphic wrapper
 350  **/
 351 template<class Value>
 352 class VirtualGen;
 353
 354 /*
 355  * Source Factories
 356  */
 357 template<class Container,
 358          class From = detail::ReferencedSource<const Container>>
 359 From fromConst(const Container& source) {
 360   return From(&source);
 361 }
 362
 363 template<class Container,
 364          class From = detail::ReferencedSource<Container>>
 365 From from(Container& source) {
 366   return From(&source);
 367 }
 368
 369 template<class Container,
 370          class Value =
 371            typename detail::ValueTypeOfRange<Container>::StorageType,
 372          class CopyOf = detail::CopiedSource<Value>>
 373 CopyOf fromCopy(Container&& source) {
 374   return CopyOf(std::forward<Container>(source));
 375 }
 376
 377 template<class Value,
 378          class From = detail::CopiedSource<Value>>
 379 From from(std::initializer_list<Value> source) {
 380   return From(source);
 381 }
 382
 383 template<class Container,
 384          class From = detail::CopiedSource<typename Container::value_type,
 385                                            Container>>
 386 From from(Container&& source) {
 387   return From(std::move(source));
 388 }
 389
 390 template<class Value, class Gen = detail::Sequence<Value, false, false>>
 391 Gen range(Value begin, Value end) {
 392   return Gen(begin, end);
 393 }
 394
 395 template<class Value,
 396          class Gen = detail::Sequence<Value, false, true>>
 397 Gen seq(Value first, Value last) {
 398   return Gen(first, last);
 399 }
 400
 401 template<class Value,
 402          class Gen = detail::Sequence<Value, true>>
 403 Gen seq(Value begin) {
 404   return Gen(begin);
 405 }
 406
 407 template<class Value,
 408          class Source,
 409          class Yield = detail::Yield<Value, Source>>
 410 Yield generator(Source&& source) {
 411   return Yield(std::forward<Source>(source));
 412 }
 413
 414 /*
 415  * Create inline generator, used like:
 416  *
 417  *  auto gen = GENERATOR(int) { yield(1); yield(2); };
 418  */
 419 #define GENERATOR(TYPE)                            \
 420   ::folly::gen::detail::GeneratorBuilder<TYPE>() + \
 421    [=](const std::function<void(TYPE)>& yield)
 422
 423 /*
 424  * empty() - for producing empty sequences.
 425  */
 426 template<class Value>
 427 detail::Empty<Value> empty() {
 428   return {};
 429 }
 430
 431 /*
 432  * Operator Factories
 433  */
 434 template<class Predicate,
 435          class Map = detail::Map<Predicate>>
 436 Map mapped(Predicate pred = Predicate()) {
 437   return Map(std::move(pred));
 438 }
 439
 440 template<class Predicate,
 441          class Map = detail::Map<Predicate>>
 442 Map map(Predicate pred = Predicate()) {
 443   return Map(std::move(pred));
 444 }
 445
 446 /*
 447  * member(...) - For extracting a member from each value.
 448  *
 449  *  vector<string> strings = ...;
 450  *  auto sizes = from(strings) | member(&string::size);
 451  *
 452  * If a member is const overridden (like 'front()'), pass template parameter
 453  * 'Const' to select the const version, or 'Mutable' to select the non-const
 454  * version:
 455  *
 456  *  auto heads = from(strings) | member<Const>(&string::front);
 457  */
 458 enum MemberType {
 459   Const,
 460   Mutable
 461 };
 462
 463 template<MemberType Constness = Const,
 464          class Class,
 465          class Return,
 466          class Mem = ConstMemberFunction<Class, Return>,
 467          class Map = detail::Map<Mem>>
 468 typename std::enable_if<Constness == Const, Map>::type
 469 member(Return (Class::*member)() const) {
 470   return Map(Mem(member));
 471 }
 472
 473 template<MemberType Constness = Mutable,
 474          class Class,
 475          class Return,
 476          class Mem = MemberFunction<Class, Return>,
 477          class Map = detail::Map<Mem>>
 478 typename std::enable_if<Constness == Mutable, Map>::type
 479 member(Return (Class::*member)()) {
 480   return Map(Mem(member));
 481 }
 482
 483 /*
 484  * field(...) - For extracting a field from each value.
 485  *
 486  *  vector<Item> items = ...;
 487  *  auto names = from(items) | field(&Item::name);
 488  *
 489  * Note that if the values of the generator are rvalues, any non-reference
 490  * fields will be rvalues as well. As an example, the code below does not copy
 491  * any strings, only moves them:
 492  *
 493  *  auto namesVector = from(items)
 494  *                   | move
 495  *                   | field(&Item::name)
 496  *                   | as<vector>();
 497  */
 498 template<class Class,
 499          class FieldType,
 500          class Field = Field<Class, FieldType>,
 501          class Map = detail::Map<Field>>
 502 Map field(FieldType Class::*field) {
 503   return Map(Field(field));
 504 }
 505
 506 template<class Predicate,
 507          class Filter = detail::Filter<Predicate>>
 508 Filter filter(Predicate pred = Predicate()) {
 509   return Filter(std::move(pred));
 510 }
 511
 512 template<class Predicate,
 513          class All = detail::All<Predicate>>
 514 All all(Predicate pred = Predicate()) {
 515   return All(std::move(pred));
 516 }
 517
 518 template<class Predicate,
 519          class Until = detail::Until<Predicate>>
 520 Until until(Predicate pred = Predicate()) {
 521   return Until(std::move(pred));
 522 }
 523
 524 template<class Selector,
 525          class Comparer = Less,
 526          class Order = detail::Order<Selector, Comparer>>
 527 Order orderBy(Selector selector = Identity(),
 528               Comparer comparer = Comparer()) {
 529   return Order(std::move(selector),
 530                std::move(comparer));
 531 }
 532
 533 template<class Selector,
 534          class Order = detail::Order<Selector, Greater>>
 535 Order orderByDescending(Selector selector = Identity()) {
 536   return Order(std::move(selector));
 537 }
 538
 539 template<class Selector,
 540          class Distinct = detail::Distinct<Selector>>
 541 Distinct distinctBy(Selector selector = Identity()) {
 542   return Distinct(std::move(selector));
 543 }
 544
 545 template<int n,
 546          class Get = detail::Map<Get<n>>>
 547 Get get() {
 548   return Get();
 549 }
 550
 551 // construct Dest from each value
 552 template <class Dest,
 553           class Cast = detail::Map<Cast<Dest>>>
 554 Cast eachAs() {
 555   return Cast();
 556 }
 557
 558 // call folly::to on each value
 559 template <class Dest,
 560           class To = detail::Map<To<Dest>>>
 561 To eachTo() {
 562   return To();
 563 }
 564
 565 template<class Value>
 566 detail::TypeAssertion<Value> assert_type() {
 567   return {};
 568 }
 569
 570 /*
 571  * Sink Factories
 572  */
 573 template<class Seed,
 574          class Fold,
 575          class FoldLeft = detail::FoldLeft<Seed, Fold>>
 576 FoldLeft foldl(Seed seed = Seed(),
 577                Fold fold = Fold()) {
 578   return FoldLeft(std::move(seed),
 579                   std::move(fold));
 580 }
 581
 582 template<class Reducer,
 583          class Reduce = detail::Reduce<Reducer>>
 584 Reduce reduce(Reducer reducer = Reducer()) {
 585   return Reduce(std::move(reducer));
 586 }
 587
 588 template<class Selector = Identity,
 589          class Min = detail::Min<Selector, Less>>
 590 Min minBy(Selector selector = Selector()) {
 591   return Min(std::move(selector));
 592 }
 593
 594 template<class Selector,
 595          class MaxBy = detail::Min<Selector, Greater>>
 596 MaxBy maxBy(Selector selector = Selector()) {
 597   return MaxBy(std::move(selector));
 598 }
 599
 600 template<class Collection,
 601          class Collect = detail::Collect<Collection>>
 602 Collect as() {
 603   return Collect();
 604 }
 605
 606 template<template<class, class> class Container = std::vector,
 607          template<class> class Allocator = std::allocator,
 608          class Collect = detail::CollectTemplate<Container, Allocator>>
 609 Collect as() {
 610   return Collect();
 611 }
 612
 613 template<class Collection,
 614          class Append = detail::Append<Collection>>
 615 Append appendTo(Collection& collection) {
 616   return Append(&collection);
 617 }
 618
 619 template<class Needle,
 620          class Contains = detail::Contains<typename std::decay<Needle>::type>>
 621 Contains contains(Needle&& needle) {
 622   return Contains(std::forward<Needle>(needle));
 623 }
 624
 625 }} // folly::gen
 626
 627 #include "folly/experimental/Gen-inl.h"