使用模板 C++ 检查类型

Question

我正在研究 Matrix class 的实现（在 Stroustrup 的书 TC++PL 第 4 版中有解释），但我无法真正理解某些段落。

我找到了这段代码：

文件 traits.h -> https://github.com/statslabs/matrix/blob/master/include/slab/matrix/traits.h

文件 matrix.h -> https://github.com/statslabs/matrix/blob/master/include/slab/matrix/matrix.h

在 matrix.h 中有一个函数（和许多其他函数一样）具有 Enable_if:

template<typename T, std::size_t N>
template<typename M, typename F>
Enable_if<Matrix_type<M>(), Matrix<T, N> &> Matrix<T, N>::apply(const M &m, F f) {
    /// Some code...
}

我认为 Enable_if 说：如果（M 是一个 Matrix），则将应用的 return 类型声明为 Matrix<T, N>&.

然后，我想知道 Matrix_type<M>() 是如何工作的，所以我转到 traits.h，然后我阅读：

struct substitution_failure {};

template <typename T>
struct substitution_succeeded : std::true_type {};

template <>
struct substitution_succeeded<substitution_failure> : std::false_type {};

template <typename M>
struct get_matrix_type_result {
  template <typename T, size_t N, typename = Enable_if<(N >= 1)>>
  static bool check(const Matrix<T, N> &m);

  template <typename T, size_t N, typename = Enable_if<(N >= 1)>>
  static bool check(const MatrixRef<T, N> &m);

  static substitution_failure check(...);

  using type = decltype(check(std::declval<M>()));
};

template <typename T>
struct has_matrix_type
    : substitution_succeeded<typename get_matrix_type_result<T>::type> {};

template <typename M>
constexpr bool Has_matrix_type() {
  return has_matrix_type<M>::value;
}

template <typename M>
using Matrix_type_result = typename get_matrix_type_result<M>::type;

template <typename M>
constexpr bool Matrix_type() {
  return Has_matrix_type<M>();
}

前 3 个结构描述了成功和失败的情况，template<> 是 substitution_succeeded 的特化，表示：如果 substitution_succeeded 的类型是 substitution_failure，"return" 假否则 "return" 真。希望我说的是对的。

现在，get_matrix_type_result 完全晦涩难懂。我不明白为什么它使用可变参数函数 (check(...))，declval 和 decltype 在这段代码中做了什么，以及检查怎么可能 return a布尔值或 substitution_failure。为什么不只是 bool？

谢谢。

Answer 1

Now, get_matrix_type_result is completely obscure. I can't understand why it use a variadic function (check(...)), what are declval and decltype doing in this code and how it is possible that check can return a bool or a "substitution_failure". Why not just bool?

重要的一点是 Enable_if（std::enable_if 从 C++11 开始）旨在启用或禁用某些东西（模板函数、模板 class 特化、一个模板方法，一个模板变量特化）。

根据一个名为SFINAE（Substitution Failure Is Not An Error）的C++原则说，在某些地方，如果没有发生替换，那只是一个软错误，而不是硬错误，并且编译可以继续。

在你的例子中，type 定义如下

using type = decltype(check(std::declval<M>()));

其中 decltype() "return" 参数的类型；在这种情况下，类型 return 是从对 check() 的调用中编辑的，其中包含一个类型为 M 的假设对象（class 的模板参数）。

你可以写

using type = decltype(check(M{}));

传递一个M类型的对象。但这仅适用于默认可构造的类型。问题是：如果我们不知道如何构造泛型对象，如何在 decltype() 参数（具有推断类型的独有功能，而不是执行指令）中使用泛型对象？

解决方案是一个函数只声明（未定义）如下

template<class T>
typename std::add_rvalue_reference<T>::type declval() noexcept;

这是一个拥有类型 T（或更好：T &）对象的技巧，而且当您不知道如何构造它时。

回到check，你有它的三个版本（只声明：在decltype()中使用；我们只对returned类型感兴趣，所以没有需要执行它们，所以不需要定义它们):

1) 第一个接受 Matrix<T, N> 但仅 (Enable_if) 如果 N >= 1

template <typename T, size_t N, typename = Enable_if<(N >= 1)>>
static bool check(const Matrix<T, N> &m);

如果你用 Matrix<T, 0> 调用 check()，Enable_if return 什么都没有，所以你有一个替换失败（定义模板参数的默认值）所以这个check() 版本未启用

2) 第二个接受 MatrixRef<T, N> 但仅 (Enable_if) 如果 N >= 1

template <typename T, size_t N, typename = Enable_if<(N >= 1)>>
static bool check(const MatrixRef<T, N> &m);

同样：如果你用 MatrixRef<T, 0> 调用 check()，Enable_if return 什么都没有，所以你有一个替换失败（定义模板参数的默认值）所以这个版本的 check() 没有启用

3) 第三个接受一切并且 ever enabled

static substitution_failure check(...);

结论：

1) 如果 M 是 Matrix<T, N>（或可转换为 Matrix<T, N> 的对象），对于某些 T 和某些 N N >= 1，编译器可以在 check() 的版本 (1) 和版本 (3) 之间进行选择，并选择版本 (1) 因为更专业，即 return bool，所以 type 变成 bool

2) 如果 M 是 MatrixRef<T, N>（或可转换为 MatrixRef<T, N> 的对象），对于某些 T 和某些 N N >= 1，编译器可以在 check() 的版本 (2) 和版本 (3) 之间进行选择，并选择版本 (2) 因为更专业，即 return bool，所以 type 变成 bool

3) 如果 M 不能转换为 Matrix<T, N> 或 MatrixRef<T, N>，使用 N >= 1，编译器只能选择版本 (3)，即return一个substitution_failure，所以type变成substitution_failure.

题外话：您向我们展示的代码在我看来有点过于复杂。

举个例子，如果你重写get_matrix_type_result如下

template <typename M>
struct get_matrix_type_result {
  template <typename T, size_t N, typename = Enable_if<(N >= 1)>>
  static std::true_type check(const Matrix<T, N> &m);

  template <typename T, size_t N, typename = Enable_if<(N >= 1)>>
  static std::true_type check(const MatrixRef<T, N> &m);

  static std::false_type check(...);

  using type = decltype(check(std::declval<M>()));
};

你知道 type 是你在 has_matrix_type 中需要的类型，可以定义如下

template <typename T>
struct has_matrix_type
    : public get_matrix_type_result<T>::type
 { };

完全避免 substitution_failure 和 substitution_succeded.

但是，也许，这样写代码是为了其他需要。

使用模板 C++ 检查类型

Checking type with template C++

c++

matrix

decltype

sfinae

c++11