查明 C++ 对象是否可调用答案

【问题标题】：Find out whether a C++ object is callable查明 C++ 对象是否可调用
【发布时间】：2013-03-01 21:31:32
【问题描述】：

是否可以编写一个类型特征，比如is_callable<T>，它告诉对象是否定义了operator()？如果事先知道调用运算符的参数很容易，但不是在一般情况下。当且仅当至少定义了一个重载调用运算符时，我希望特征返回 true。

This question 是相关的并且有一个很好的答案，但它不适用于所有类型（仅适用于 int-convertible 类型）。此外，std::is_function 有效，但仅适用于正确的 C++ 函数，而不适用于仿函数。我正在寻找更通用的解决方案。

【问题讨论】：

This 可能是相关的
您有可能的参数类型列表吗？如果是这样，那绝对有可能。不过，不太确定泛型重载。
为什么需要这个？我的意思是，如果您不知道任何参数类型，为什么要知道某些东西是否可以调用？如果您不了解它们，就无法处理诸如重载运算符之类的事情。
@mfontanini：基本上是为了区分“立即”值和“惰性”值，例如回调、函子、lambda 表达式...
@einpoklum：这是关于operator()(...) 而不是operator()()，所以是的，任何变体。这就是我在问题第二句话中的意思。

标签： c++ metaprogramming traits typetraits

【解决方案1】：

C++17 带来了std::is_invocable 和朋友们。

This answer 还给出了如何用 C++14 模拟它的解决方案。

【讨论】：

【解决方案2】：

这是一种使用 C++11 的可能解决方案，该解决方案无需知道函子的调用运算符的签名即可工作，但前提是函子的重载不超过一个 operator ()：

#include <type_traits>

template<typename T, typename = void>
struct is_callable : std::is_function<T> { };

template<typename T>
struct is_callable<T, typename std::enable_if<
    std::is_same<decltype(void(&T::operator())), void>::value
    >::type> : std::true_type { };

这就是你将如何使用它：

struct C
{
    void operator () () { }
};

struct NC { };

struct D
{
    void operator () () { }
    void operator () (int) { }
};

int main()
{
    static_assert(is_callable<C>::value, "Error");
    static_assert(is_callable<void()>::value, "Error");

    auto l = [] () { };
    static_assert(is_callable<decltype(l)>::value, "Error");

    // Fires! (no operator())
    static_assert(is_callable<NC>::value, "Error");

    // Fires! (several overloads of operator ())
    static_assert(is_callable<D>::value, "Error");
}

【讨论】：

嗯...重载运算符的限制确实很限制，但是您的解决方案非常紧凑。
你在这里介绍了函数指针吗？在我看来不是。引用类型也不包括在内。

【解决方案3】：

这是查找 T 是否可调用的巧妙而简短的技巧。它与 Walter E. Brown 在 CPPCON'14 在关于现代模板元编程的演讲中最初提出的思路一致。

template <class... >
using void_t = void;

template <class T>
using has_opr_t = decltype(&T::operator());

template <class T, class = void>
struct is_callable : std::false_type { };

template <class T>
struct is_callable<T, void_t<has_opr_t<typename std::decay<T>::type>>> : std::true_type { };

【讨论】：

我相信如果operator() 被重载或模板化，这将会中断。

【解决方案4】：

我认为这个特性可以满足您的需求。它检测带有任何类型签名的operator()，即使它已超载并且是否已模板化：

template<typename T>
struct is_callable {
private:
    typedef char(&yes)[1];
    typedef char(&no)[2];

    struct Fallback { void operator()(); };
    struct Derived : T, Fallback { };

    template<typename U, U> struct Check;

    template<typename>
    static yes test(...);

    template<typename C>
    static no test(Check<void (Fallback::*)(), &C::operator()>*);

public:
    static const bool value = sizeof(test<Derived>(0)) == sizeof(yes);
};

原理基于Member Detector idiom。实际上，如果您将其传递给非类类型，它将无法编译，但这应该不难修复，为了简洁起见，我只是将其省略了。您还可以将其扩展为对函数报告 true。

当然，它不会给你任何关于operator() 签名的信息，但我相信这不是你想要的，对吧？

编辑Klaim：

它很简单，可以使用非类类型（返回 false）。如果将上面的类重命名为is_callable_impl，可以这样写，例如：

template<typename T>
struct is_callable
    : std::conditional<
        std::is_class<T>::value,
        is_callable_impl<T>,
        std::false_type
    >::type
{ };

【讨论】：

很好，但如果类型不可继承，则不会编译，例如 int。我不确定如何修改它以使其在这种情况下工作（我猜应该返回 false）。
请将您的解决方案提交到 boost 类型特征库
@batbrat 首先，template<typename U, U> struct Check; 声明了一个模板，该模板采用 type 和 该类型的一个实例。 Check<Fallback, &C::operator()> 无效，因为指向成员的指针显然不是 Fallback 类型。
@batbrat 那么，当T 没有成员operator() 时会发生什么？编译器，在检查 test 的第二次重载时
@batbrat ...是可行的，在Fallback 的Derived 基类中看到一个Derived::operator()，检查它是否可以转换为Fallback::operator()（它是）并愉快地选择重载。所以sizeof(test<Derived>(0)) == sizeof(yes) 的结果为真。

【解决方案5】：

这是另一个实现。

它使用std::is_function模板来实现免费功能。

对于类，它使用类似于Member Detector Idiom 的东西。如果T 有一个呼叫运算符，则callable_2 将包含多个operator()。这将导致第一个can_call 函数由于decltype(&callable_2<T>::operator()) 中的歧义失败而被丢弃（通过SFINAE），第二个can_call 函数将返回true。如果T 没有调用运算符，则将使用第一个can_call 函数（由于重载解析规则）。

namespace impl
{
struct callable_1 { void operator()(); };
template<typename T> struct callable_2 : T, callable_1 { };

template<typename T>
static constexpr bool can_call(decltype(&callable_2<T>::operator())*) noexcept { return false; }

template<typename>
static constexpr bool can_call(...) noexcept { return true; }

template<bool is_class, typename T>
struct is_callable : public std::is_function<T> { };

template<typename T> struct is_callable<false, T*> : public is_callable<false, T> { };
template<typename T> struct is_callable<false, T* const> : public is_callable<false, T> { };
template<typename T> struct is_callable<false, T* volatile> : public is_callable<false, T> { };
template<typename T> struct is_callable<false, T* const volatile> : public is_callable<false, T> { };

template<typename T>
struct is_callable<true, T> : public std::integral_constant<bool, can_call<T>(0)> { };
}

template<typename T>
using is_callable = impl::is_callable<std::is_class<std::remove_reference_t<T>>::value,
                                    std::remove_reference_t<T>>;

【讨论】：

【解决方案6】：

当然，已经有其他几个答案，它们很有用，但似乎没有一个能涵盖 AFAICT 的所有用例。借用这些答案和this possible implementation of std::is_function，我创建了一个版本，涵盖了我能想到的所有可能的用例。它有点冗长，但功能非常完整 (Demo)。

template<typename T, typename U = void>
struct is_callable
{
    static bool const constexpr value = std::conditional_t<
        std::is_class<std::remove_reference_t<T>>::value,
        is_callable<std::remove_reference_t<T>, int>, std::false_type>::value;
};

template<typename T, typename U, typename ...Args>
struct is_callable<T(Args...), U> : std::true_type {};
template<typename T, typename U, typename ...Args>
struct is_callable<T(*)(Args...), U> : std::true_type {};
template<typename T, typename U, typename ...Args>
struct is_callable<T(&)(Args...), U> : std::true_type {};
template<typename T, typename U, typename ...Args>
struct is_callable<T(Args......), U> : std::true_type {};
template<typename T, typename U, typename ...Args>
struct is_callable<T(*)(Args......), U> : std::true_type {};
template<typename T, typename U, typename ...Args>
struct is_callable<T(&)(Args......), U> : std::true_type {};
template<typename T, typename U, typename ...Args>
struct is_callable<T(Args...)const, U> : std::true_type {};
template<typename T, typename U, typename ...Args>
struct is_callable<T(Args...)volatile, U> : std::true_type {};
template<typename T, typename U, typename ...Args>
struct is_callable<T(Args...)const volatile, U> : std::true_type {};
template<typename T, typename U, typename ...Args>
struct is_callable<T(Args......)const, U> : std::true_type {};
template<typename T, typename U, typename ...Args>
struct is_callable<T(Args......)volatile, U> : std::true_type{};
template<typename T, typename U, typename ...Args>
struct is_callable<T(Args......)const volatile, U> : std::true_type {};
template<typename T, typename U, typename ...Args>
struct is_callable<T(Args...)&, U> : std::true_type {};
template<typename T, typename U, typename ...Args>
struct is_callable<T(Args...)const&, U> : std::true_type{};
template<typename T, typename U, typename ...Args>
struct is_callable<T(Args...)volatile&, U> : std::true_type{};
template<typename T, typename U, typename ...Args>
struct is_callable<T(Args...)const volatile&, U> : std::true_type{};
template<typename T, typename U, typename ...Args>
struct is_callable<T(Args......)&, U> : std::true_type {};
template<typename T, typename U, typename ...Args>
struct is_callable<T(Args......)const&, U> : std::true_type{};
template<typename T, typename U, typename ...Args>
struct is_callable<T(Args......)volatile&, U> : std::true_type{};
template<typename T, typename U, typename ...Args>
struct is_callable<T(Args......)const volatile&, U> : std::true_type{};
template<typename T, typename U, typename ...Args>
struct is_callable<T(Args...)&&, U> : std::true_type{};
template<typename T, typename U, typename ...Args>
struct is_callable<T(Args...)const&&, U> : std::true_type{};
template<typename T, typename U, typename ...Args>
struct is_callable<T(Args...)volatile&&, U> : std::true_type{};
template<typename T, typename U, typename ...Args>
struct is_callable<T(Args...)const volatile&&, U> : std::true_type{};
template<typename T, typename U, typename ...Args>
struct is_callable<T(Args......)&&, U> : std::true_type{};
template<typename T, typename U, typename ...Args>
struct is_callable<T(Args......)const&&, U> : std::true_type{};
template<typename T, typename U, typename ...Args>
struct is_callable<T(Args......)volatile&&, U> : std::true_type{};
template<typename T, typename U, typename ...Args>
struct is_callable<T(Args......)const volatile&&, U> : std::true_type{};

template<typename T>
struct is_callable<T, int>
{
private:
    using YesType = char(&)[1];
    using NoType = char(&)[2];

    struct Fallback { void operator()(); };

    struct Derived : T, Fallback {};

    template<typename U, U>
    struct Check;

    template<typename>
    static YesType Test(...);

    template<typename C>
    static NoType Test(Check<void (Fallback::*)(), &C::operator()>*);

public:
    static bool const constexpr value = sizeof(Test<Derived>(0)) == sizeof(YesType);
};

这适用于非类类型（当然返回 false）、函数类型（）、函数指针类型、函数引用类型、函子类类型、绑定表达式、lambda 类型等。即使类构造函数是私有的和/或非默认的，即使 operator() 被重载，也能正常工作。这会为成员函数指针设计返回 false，因为它们不可调用，但您可以使用 bind 来创建可调用表达式。

【讨论】：

注意：Visual Studio 2015 似乎被“可变参数函数”重载（“Args ......”）窒息，我承认我不完全确定这意味着什么，或者为什么它有这种语法。
其实我做了一些进一步的测试，我想我明白了。如果定义了诸如template<typename ...Args> void bar(Args &&...args, ...); 之类的函数（尽管为什么要将可变参数函数模板与不安全的可变参数... 混合在一起，我无法理解！），那么is_callable<decltype(bar<>)> 将引用Args...... 重载。因为Args 参数包可能为空，所以您不能键入Args..., ... 作为参数列表，如果它不为空，那么它将自动为您插入必要的逗号（显然，在 Visual Studio 2015 中除外)。

【解决方案7】：

这里的答案很有帮助，但我来到这里想要一些东西，它也可以发现某些东西是否是可调用的，无论它碰巧是一个对象还是一个经典函数。 jrok's answer 这方面的问题，唉，没用，因为 std::conditional 实际上评估了两个手臂的类型！

所以，这里有一个解决方案：

// Note that std::is_function says that pointers to functions
// and references to functions aren't functions, so we'll make our 
// own is_function_t that pulls off any pointer/reference first.

template<typename T>
using remove_ref_t = typename std::remove_reference<T>::type;

template<typename T>
using remove_refptr_t = typename std::remove_pointer<remove_ref_t<T>>::type;

template<typename T>
using is_function_t = typename std::is_function<remove_refptr_t<T>>::type;

// We can't use std::conditional because it (apparently) must determine
// the types of both arms of the condition, so we do it directly.

// Non-objects are callable only if they are functions.

template<bool isObject, typename T>
struct is_callable_impl : public is_function_t<T> {};

// Objects are callable if they have an operator().  We use a method check
// to find out.

template<typename T>
struct is_callable_impl<true, T> {
private:
    struct Fallback { void operator()(); };
    struct Derived : T, Fallback { };

    template<typename U, U> struct Check;

    template<typename>
    static std::true_type test(...);

    template<typename C>
    static std::false_type test(Check<void (Fallback::*)(), &C::operator()>*);

public:
    typedef decltype(test<Derived>(nullptr)) type;
};


// Now we have our final version of is_callable_t.  Again, we have to take
// care with references because std::is_class says "No" if we give it a
// reference to a class.

template<typename T>
using is_callable_t = 
    typename is_callable_impl<std::is_class<remove_ref_t<T>>::value,
                              remove_ref_t<T> >::type;

但最后，对于我的应用程序，我真的很想知道你是否可以说 f()（即不带参数调用它），所以我选择了更简单的方法。

template <typename T>
constexpr bool noarg_callable_impl(
    typename std::enable_if<bool(sizeof((std::declval<T>()(),0)))>::type*)
{
    return true;
}

template<typename T>
constexpr bool noarg_callable_impl(...)
{
    return false;
}

template<typename T>
constexpr bool is_noarg_callable()
{
    return noarg_callable_impl<T>(nullptr);
}

事实上，我走得更远。我知道该函数应该返回一个int，所以我不仅检查我是否可以调用它，还检查了返回类型，方法是将enable_if 更改为：

    typename std::enable_if<std::is_convertible<decltype(std::declval<T>()()),
                                                int>::value>::type*)

希望这对某人有所帮助！

【讨论】：

【解决方案8】：

注意：这些假设默认构造函数对您检查的类型有效。不确定如何解决这个问题。

如果可以使用 0 个参数调用，则以下内容似乎有效。 is_function 的实现中是否有一些东西可能有助于将其扩展到 1 个或多个参数可调用对象？：

template <typename T>
struct is_callable {
    // Types "yes" and "no" are guaranteed to have different sizes,
    // specifically sizeof(yes) == 1 and sizeof(no) == 2.
    typedef char yes[1];
    typedef char no[2];

    template <typename C>
    static yes& test(decltype(C()())*);

    template <typename>
    static no& test(...);

    // If the "sizeof" the result of calling test<T>(0) would be equal to the     sizeof(yes),
    // the first overload worked and T has a nested type named foobar.
    static const bool value = sizeof(test<T>(0)) == sizeof(yes);
};

如果您知道参数的类型（即使它是模板参数），以下内容适用于 1 个参数，我想可以很容易地从那里扩展：

template <typename T, typename T2>
struct is_callable_1 {
    // Types "yes" and "no" are guaranteed to have different sizes,
    // specifically sizeof(yes) == 1 and sizeof(no) == 2.
    typedef char yes[1];
    typedef char no[2];

    template <typename C>
    static yes& test(decltype(C()(T2()))*);

    template <typename, typename>
    static no& test(...);

    // If the "sizeof" the result of calling test<T>(0) would be equal to the     sizeof(yes),
    // the first overload worked and T has a nested type named foobar.
    static const bool value = sizeof(test<T>(0)) == sizeof(yes);
};

编辑 here 是一种修改，用于处理默认构造函数不可用的情况。

【讨论】：

Re 这些假设默认构造函数对您检查的类型有效。不确定如何解决这个问题。看看std::declval。
@jrok 谢谢，我还没有看到那个。在我附加的 pastebin 中，我只使用了一个定义了必要的转换运算符的辅助结构，但我想我可以用 declval 替换它。