strexpr.h

/*
 * ver. 1.2.4
 * (c) Проект "SimStr", Александр Орефков orefkov@gmail.com
 * База для строковых конкатенаций через выражения времени компиляции
 * (c) Project "SimStr", Aleksandr Orefkov orefkov@gmail.com
 * Base for string concatenations via compile-time expressions
 */
#pragma once
#include <cstdlib>
#include <string>
#include <string_view>
#include <type_traits>
#include <concepts>
#include <utility>

namespace simstr {
 
// Выводим типы для 16 и 32 битных символов в зависимости от размера wchar_t
// Infer types for 16 and 32 bit characters depending on the size of wchar_t
inline constexpr bool wchar_is_u16 = sizeof(wchar_t) == 2;
 
using wchar_type = std::conditional<wchar_is_u16, char16_t, char32_t>::type;
 
inline wchar_type* to_w(wchar_t* p) {
    return (reinterpret_cast<wchar_type*>(p));
}
 
inline const wchar_type* to_w(const wchar_t* p) {
    return (reinterpret_cast<const wchar_type*>(p));
}
 
inline wchar_t* from_w(wchar_type* p) {
    return (reinterpret_cast<wchar_t*>(p));
}
 
inline const wchar_t* from_w(const wchar_type* p) {
    return (reinterpret_cast<const wchar_t*>(p));
}
 
using u8s = char;
using uws = wchar_t;
using u16s = char16_t;
using u32s = char32_t;
 
using uu8s = std::make_unsigned<u8s>::type;
 
template<typename K>
inline constexpr bool is_one_of_char_v = std::is_same_v<K, u8s> || std::is_same_v<K, wchar_t> || std::is_same_v<K, u16s> || std::is_same_v<K, u32s>;
 
template<typename K>
inline constexpr bool is_one_of_std_char_v = std::is_same_v<K, u8s> || std::is_same_v<K, wchar_t> || std::is_same_v<K, wchar_type>;
 
template<typename From>
requires (is_one_of_std_char_v<From>)
auto to_one_of_std_char(From* from) {
    if constexpr (std::is_same_v<From, u8s> || std::is_same_v<From, wchar_t>) {
        return from;
    } else {
        return from_w(from);
    }
}
template<typename From>
requires (is_one_of_std_char_v<From>)
auto to_one_of_std_char(const From* from) {
    if constexpr (std::is_same_v<From, u8s> || std::is_same_v<From, wchar_t>) {
        return from;
    } else {
        return from_w(from);
    }
}
 
/*
Вспомогательные шаблоны для определения строковых литералов.
Используются для того, чтобы в параметрах функций ограничивать типы строго как `const K(&)[N]`
Если пишем
template<size_t N>
void func(const char(&lit)[N]);
то в такую функцию можно будет передать не константный буфер, что может вызывать ошибку:
 
// Выделили место под символы
char buf[100];
// Как то наполнили буфер, допустим, до половины.
 
stringa text = buf;
Тут компилятор приведет buf из типа char[100] в тип const char[100] и вызовет конструктор
для строкового литерала, в text запишется просто указатель на buf и длина 100.
 
Поэтому такие параметры объявляем как
template<typename T, typename K = typename const_lit<T>::symb_type, size_t N = const_lit<T>::Count>
void func(T&& lit);
 
Тогда компилятор будет подставлять для T точный тип параметра без попыток привести тип к другому типу,
и выражение с параметром char[100] - не скомпилируется.
 
Helper templates for defining string literals.
They are used to limit types in function parameters strictly as `const K(&)[N]`
If we write
template<size_t N>
void func(const char(&lit)[N]);
then it will be possible to pass a non-constant buffer to such a function, which may cause an error:
 
// Allocate space for symbols
char buf[100];
// Somehow the buffer was filled, say, to half.
 
stringa text = buf;
Here the compiler will convert buf from type char[100] to type const char[100] and call the constructor
for a string literal, text will simply contain a pointer to buf and length 100.
 
Therefore, we declare such parameters as
template<typename T, typename K = typename const_lit<T>::symb_type, size_t N = const_lit<T>::Count>
void func(T&& lit);
 
Then the compiler will substitute for T the exact type of the parameter without attempting to cast the type to another type,
and an expression with the char[100] parameter will not compile.
*/
 
template<typename T> struct const_lit; // sfinae отработает, так как не найдёт определения | sfinae will work because it won't find a definition
// Для правильных типов параметров есть определение, в виде специализации шаблона
// There is a definition for the correct parameter types, in the form of a template specialization
template<typename T, size_t N>
    requires(is_one_of_char_v<T>)
struct const_lit<const T(&)[N]> {
    using symb_type = T;
    constexpr static size_t Count = N;
};
 
// Тут ещё дополнительно ограничиваем тип литерала
// Here we further restrict the type of the literal
template<typename K, typename T> struct const_lit_for;
 
template<typename K, size_t N>
    requires(is_one_of_char_v<K>)
struct const_lit_for<K, const K(&)[N]> {
    constexpr static size_t Count = N;
};
 
template<typename K, size_t N>
class const_lit_to_array {
 
    template<size_t Idx>
    size_t find(K s) const {
        if constexpr (Idx < N) {
            return s == symbols_[Idx] ? Idx : find<Idx + 1>(s);
        }
        return -1;
    }
 
    template<size_t Idx>
    bool exist(K s) const {
        if constexpr (Idx < N) {
            return s == symbols_[Idx] || exist<Idx + 1>(s);
        }
        return false;
    }
public:
    const K (&symbols_)[N + 1];
 
    template<typename T, size_t M = const_lit_for<K, T>::Count> requires (M == N + 1)
    constexpr const_lit_to_array(T&& s)
        : symbols_(s) {}
 
    constexpr bool contain(K s) const {
        return exist<0>(s);
    }
    constexpr size_t index_of(K s) const {
        return find<0>(s);
    }
};

template<typename A, typename K>
concept StrType = requires(const A& a) {
    { a.is_empty() } -> std::same_as<bool>;
    { a.length() } -> std::convertible_to<size_t>;
    { a.symbols() } -> std::same_as<const K*>;
} && std::is_same_v<typename std::remove_cvref_t<A>::symb_type, K>;


template<typename A>
concept StrExpr = requires(const A& a) {
    typename A::symb_type;
    { a.length() } -> std::convertible_to<size_t>;
    { a.place(std::declval<typename A::symb_type*>()) } -> std::same_as<typename A::symb_type*>;
};

template<typename A, typename K>
concept StrExprForType = StrExpr<A> && std::is_same_v<K, typename A::symb_type>;
 
/*
* Шаблонные классы для создания строковых выражений из нескольких источников.
* Благодаря компиляторно-шаблонной "магии" позволяют максимально эффективно
* получать результирующую строку - сначала вычисляется длина результирующей строки,
* потом один раз выделяется память для результата, после символы помещаются в
* выделенную память.
* Для конкатенация двух объектов строковых выражений в один
 
* Template classes for creating string expressions from multiple sources.
* Thanks to compiler-template "magic" they allow you to maximize efficiency
* get the resulting string - first the length of the resulting string is calculated,
* then memory is allocated once for the result, after which the characters are placed in
* allocated memory.
* For concatenating two string expression objects into one.
*/

template<StrExpr A, StrExprForType<typename A::symb_type> B>
struct strexprjoin {
    using symb_type = typename A::symb_type;
    const A& a;
    const B& b;
    constexpr strexprjoin(const A& a_, const B& b_) : a(a_), b(b_){}
    constexpr size_t length() const noexcept {
        return a.length() + b.length();
    }
    constexpr symb_type* place(symb_type* p) const noexcept {
        return b.place(a.place(p));
    }
    constexpr symb_type* len_and_place(symb_type* p) const noexcept {
        a.length();
        b.length();
        return place(p);
    }
};

template<StrExpr A, StrExprForType<typename A::symb_type> B>
inline auto operator+(const A& a, const B& b) {
    return strexprjoin<A, B>{a, b};
}

template<StrExpr A, StrExprForType<typename A::symb_type> B, bool last = true>
struct strexprjoin_c {
    using symb_type = typename A::symb_type;
    const A& a;
    B b;
    template<typename... Args>
    constexpr strexprjoin_c(const A& a_, Args&&... args_) : a(a_), b(std::forward<Args>(args_)...) {}
    constexpr size_t length() const noexcept {
        return a.length() + b.length();
    }
    constexpr symb_type* place(symb_type* p) const noexcept {
        if constexpr (last) {
            return b.place(a.place(p));
        } else {
            return a.place(b.place(p));
        }
    }
    constexpr symb_type* len_and_place(symb_type* p) const noexcept {
        a.length();
        b.length();
        return place(p);
    }
};
 
template<typename T, typename K = void, typename... Types>
struct is_one_of_type {
    static constexpr bool value = std::is_same_v<T, K> || is_one_of_type<T, Types...>::value;
};
template<typename T>
struct is_one_of_type<T, void> : std::false_type {};

template<typename K>
struct empty_expr {
    using symb_type = K;
    constexpr size_t length() const noexcept {
        return 0;
    }
    constexpr symb_type* place(symb_type* p) const noexcept {
        return p;
    }
};

inline constexpr empty_expr<u8s> eea{};
inline constexpr empty_expr<uws> eew{};
inline constexpr empty_expr<u16s> eeu{};
inline constexpr empty_expr<u32s> eeuu{};
 
template<typename K>
struct expr_char {
    using symb_type = K;
    K value;
    expr_char(K v) : value(v){}
    constexpr size_t length() const noexcept {
        return 1;
    }
    constexpr symb_type* place(symb_type* p) const noexcept {
        *p++ = value;
        return p;
    }
};

template<typename K, StrExprForType<K> A>
constexpr inline auto operator+(const A& a, K s) {
    return strexprjoin_c<A, expr_char<K>>{a, s};
}

template<typename K>
constexpr inline auto e_char(K s) {
    return expr_char<K>{s};
}
 
template<typename K, size_t N>
struct expr_literal {
    using symb_type = K;
    const K (&str)[N + 1];
    constexpr size_t length() const noexcept {
        return N;
    }
    constexpr symb_type* place(symb_type* p) const noexcept {
        if constexpr (N != 0)
            std::char_traits<K>::copy(p, str, N);
        return p + N;
    }
};

template<typename T, size_t N = const_lit<T>::Count>
constexpr inline auto e_t(T&& s) {
    return expr_literal<typename const_lit<T>::symb_type, static_cast<size_t>(N - 1)>{s};
}
 
template<bool first, typename K, size_t N, typename A>
struct expr_literal_join {
    using symb_type = K;
    const K (&str)[N + 1];
    const A& a;
    constexpr size_t length() const noexcept {
        return N + a.length();
    }
    constexpr symb_type* place(symb_type* p) const noexcept {
        if constexpr (N != 0) {
            if constexpr (first) {
                std::char_traits<K>::copy(p, str, N);
                return a.place(p + N);
            } else {
                p = a.place(p);
                std::char_traits<K>::copy(p, str, N);
                return p + N;
            }
        } else {
            return a.place(p);
        }
    }
    constexpr symb_type* len_and_place(symb_type* p) const noexcept {
        a.length();
        return place(p);
    }
};

template<StrExpr A, typename K = typename A::symb_type, typename T, size_t N = const_lit_for<K, T>::Count>
constexpr inline auto operator+(const A& a, T&& s) {
    return expr_literal_join<false, K, (N - 1), A>{s, a};
}

template<StrExpr A, typename K = typename A::symb_type, typename T, size_t N = const_lit_for<K, T>::Count>
constexpr inline auto operator+(T&& s, const A& a) {
    return expr_literal_join<true, K, (N - 1), A>{s, a};
}

template<typename K, size_t N, size_t S = ' '>
struct expr_spaces {
    using symb_type = K;
    constexpr size_t length() const noexcept {
        return N;
    }
    constexpr symb_type* place(symb_type* p) const noexcept {
        if constexpr (N != 0)
            std::char_traits<K>::assign(p, N, static_cast<K>(S));
        return p + N;
    }
};

template<size_t N>
constexpr inline auto e_spca() {
    return expr_spaces<u8s, N>();
}

template<size_t N>
constexpr inline auto e_spcw() {
    return expr_spaces<uws, N>();
}

template<typename K>
struct expr_pad {
    using symb_type = K;
    size_t len;
    K s;
    constexpr size_t length() const noexcept {
        return len;
    }
    constexpr symb_type* place(symb_type* p) const noexcept {
        if (len)
            std::char_traits<K>::assign(p, len, s);
        return p + len;
    }
};

template<typename K>
constexpr inline auto e_c(size_t l, K s) {
    return expr_pad<K>{ l, s };
}
 
template<typename K, size_t N>
struct expr_repeat_lit {
    using symb_type = K;
    size_t repeat_;
    const K (&s)[N + 1];
    constexpr size_t length() const noexcept {
        return N * repeat_;
    }
    constexpr symb_type* place(symb_type* p) const noexcept {
        for (size_t i = 0; i < repeat_; i++) {
            std::char_traits<K>::copy(p, s, N);
            p += N;
        }
        return p;
    }
};
 
template<StrExpr A>
struct expr_repeat_expr {
    using symb_type = typename A::symb_type;
    size_t repeat_;
    const A& expr_;
    constexpr size_t length() const noexcept {
        return repeat_ * expr_.length();
    }
    constexpr symb_type* place(symb_type* p) const noexcept {
        for (size_t i = 0; i < repeat_; i++) {
            p = expr_.place(p);
        }
        return p;
    }
};

template<typename T, typename K = const_lit<T>::symb_type, size_t M = const_lit<T>::Count> requires (M > 0)
constexpr inline auto e_repeat(T&& s, size_t l) {
    return expr_repeat_lit<K, M - 1>{ l, s };
}

template<StrExpr A>
constexpr inline auto e_repeat(const A& s, size_t l) {
    return expr_repeat_expr<A>{ l, s };
}

template<StrExpr A, StrExprForType<typename A::symb_type> B>
struct expr_choice {
    using symb_type = typename A::symb_type;
    using my_type = expr_choice<A, B>;
    const A& a;
    const B& b;
    bool choice;
 
    constexpr size_t length() const noexcept {
        return choice ? a.length() : b.length();
    }
    constexpr symb_type* place(symb_type* ptr) const noexcept {
        return choice ? a.place(ptr) : b.place(ptr);
    }
};

template<StrExpr A>
struct expr_if {
    using symb_type = typename A::symb_type;
    using my_type = expr_if<A>;
    const A& a;
    bool choice;
 
    constexpr size_t length() const noexcept {
        return choice ? a.length() : 0;
    }
    constexpr symb_type* place(symb_type* ptr) const noexcept {
        return choice ? a.place(ptr) : ptr;
    }
};

template<StrExpr A, size_t N, bool Compare>
struct expr_choice_one_lit {
    using symb_type = typename A::symb_type;
    const symb_type (&str)[N + 1];
    const A& a;
    bool choice;
 
    constexpr size_t length() const noexcept {
        return choice == Compare ? a.length() : N;
    }
    constexpr symb_type* place(symb_type* ptr) const noexcept {
        if (choice == Compare) {
            return a.place(ptr);
        }
        if constexpr (N != 0) {
            std::char_traits<symb_type>::copy(ptr, str, N);
        }
        return ptr + N;
    }
};

template<typename K, size_t N, size_t M>
struct expr_choice_two_lit {
    using symb_type = K;
    const symb_type (&str_a)[N + 1];
    const symb_type (&str_b)[M + 1];
    bool choice;
 
    constexpr size_t length() const noexcept {
        return choice ? N : M;
    }
    constexpr symb_type* place(symb_type* ptr) const noexcept {
        if (choice) {
            if constexpr (N != 0) {
                std::char_traits<symb_type>::copy(ptr, str_a, N);
            }
            return ptr + N;
        }
        if constexpr (M != 0) {
            std::char_traits<symb_type>::copy(ptr, str_b, M);
        }
        return ptr + M;
    }
};

template<StrExpr A, StrExprForType<typename A::symb_type> B>
inline constexpr auto e_choice(bool c, const A& a, const B& b) {
    return expr_choice<A, B>{a, b, c};
}

template<StrExpr A, typename T, size_t N = const_lit_for<typename A::symb_type, T>::Count>
inline constexpr auto e_choice(bool c, const A& a, T&& str) {
    return expr_choice_one_lit<A, N - 1, true>{str, a, c};
}

template<StrExpr A, typename T, size_t N = const_lit_for<typename A::symb_type, T>::Count>
inline constexpr auto e_choice(bool c, T&& str, const A& a) {
    return expr_choice_one_lit<A, N - 1, false>{str, a, c};
}

template<typename T, typename L, size_t N = const_lit<T>::Count, size_t M = const_lit_for<typename const_lit<T>::symb_type, L>::Count>
inline constexpr auto e_choice(bool c, T&& str_a, L&& str_b) {
    return expr_choice_two_lit<typename const_lit<T>::symb_type, N -1, M - 1>{str_a, str_b, c};
}

template<StrExpr A>
inline constexpr auto e_if(bool c, const A& a) {
    return expr_if<A>{a, c};
}

template<typename T, size_t N = const_lit<T>::Count>
inline constexpr auto e_if(bool c, T&& str) {
    const typename const_lit<T>::symb_type empty[1] = {0};
    return expr_choice_two_lit<typename const_lit<T>::symb_type, N - 1, 0>{str, empty, c};
}

template<typename K, typename T>
struct expr_stdstr {
    using symb_type = K;
    const T& t_;
 
    expr_stdstr(const T& t) : t_(t){}
 
    constexpr size_t length() const noexcept {
        return t_.size();
    }
    constexpr symb_type* place(symb_type* p) const noexcept {
        size_t s = t_.size();
        std::char_traits<K>::copy(p, (const K*)t_.data(), s);
        return p + s;
    }
};

template<StrExprForType<u8s> A>
auto operator+(const A& a, const std::string& s) {
    return strexprjoin_c<A, expr_stdstr<u8s, std::string>, true>{a, s};
}

template<StrExprForType<u8s> A>
auto operator+(const std::string& s, const A& a) {
    return strexprjoin_c<A, expr_stdstr<u8s, std::string>, false>{a, s};
}

template<StrExprForType<u8s> A>
auto operator+(const A& a, const std::string_view& s) {
    return strexprjoin_c<A, expr_stdstr<u8s, std::string_view>, true>{a, s};
}

template<StrExprForType<u8s> A>
auto operator+(const std::string_view& s, const A& a) {
    return strexprjoin_c<A, expr_stdstr<u8s, std::string_view>, false>{a, s};
}

template<StrExprForType<uws> A>
auto operator+(const A& a, const std::wstring& s) {
    return strexprjoin_c<A, expr_stdstr<uws, std::wstring>, true>{a, s};
}

template<StrExprForType<uws> A>
auto operator+(const std::wstring& s, const A& a) {
    return strexprjoin_c<A, expr_stdstr<uws, std::wstring>, false>{a, s};
}

template<StrExprForType<uws> A>
auto operator+(const A& a, const std::wstring_view& s) {
    return strexprjoin_c<A, expr_stdstr<uws, std::wstring_view>, true>{a, s};
}

template<StrExprForType<uws> A>
auto operator+(const std::wstring_view& s, const A& a) {
    return strexprjoin_c<A, expr_stdstr<uws, std::wstring_view>, false>{a, s};
}

template<StrExprForType<wchar_type> A>
auto operator+(const A& a, const std::wstring& s) {
    return strexprjoin_c<A, expr_stdstr<wchar_type, std::wstring>, true>{a, s};
}

template<StrExprForType<wchar_type> A>
auto operator+(const std::wstring& s, const A& a) {
    return strexprjoin_c<A, expr_stdstr<wchar_type, std::wstring>, false>{a, s};
}

template<StrExprForType<wchar_type> A>
auto operator+(const A& a, const std::wstring_view& s) {
    return strexprjoin_c<A, expr_stdstr<wchar_type, std::wstring_view>, true>{a, s};
}

template<StrExprForType<wchar_type> A>
auto operator+(const std::wstring_view& s, const A& a) {
    return strexprjoin_c<A, expr_stdstr<wchar_type, std::wstring_view>, false>{a, s};
}
 
}// namespace simstr