C++ 运算符重载中的类型推断

Question

我是一名机械工程师，试图创建一个模拟库，其中包含物理类型（距离、力、力矩、加速度、速度等）以及一些矢量数学（模板 Vector3D）以支持这些类型。除了我想对运算符'^'应用重载的叉积之外，正常向量运算的一切都很顺利。叉积运算接受两种不同的类型并返回第三种类型，请参阅下面的示例列表。

Vector3D<Moment> = Vector3D<Distance> ^ Vector3D<Force>;
Vector3D<Acceleration> = Vector3D<AngularAcceleration> ^ Vector3D<Velocity>;
Vector3D<Velocity> = Vector3D<AngularVelocity> ^ Vector3D<Distance> etc. etc.

现在理想情况下，我不想根据返回类型和输入参数为“^”操作数重载设置不同的方法。现在我知道下面的代码不起作用，因为您不能使用三个不同的模板进行经典运算符重载，编译器将不知道该怎么做。

template <typename T, typename U, typename V>
Vector3D<T> operator^ (const Vector3D<U>& p_left, const Vector3D<V>& p_right)

果然我得到了以下编译错误 C2593: 'operator ^' is ambiguous。我想知道是否有一些类型推断和/或实例化可以在这里很好地使用，尽管我已经在网上做了一些阅读，但似乎没有什么符合手头的具体要求。我认为我需要构造函数来转换类型，但这本身是不够的

/// Constructor
/// \param p_value Moment arm
/// \param p_unit Force
//
Moment(Distance p_radius, Force p_force);

/// Constructor
/// \param p_omega      Magnitude of angular velocity
/// \param p_velocity   Magnitude of linear velocity
//
Acceleration(AngularVelocity p_omega, Velocity p_velocity);

/// Constructor
/// \param p_value  Angular velocity
/// \param p_unit   Radius
Velocity(AngularVelocity p_omega, Distance p_radius);

您在这件事上的帮助将对我有很大帮助，因为编程仍然是我不断学习的领域...请参阅下面有关我的类 Vector3D 的更多信息。提前谢谢！

//Vector3D.h
template <typename T>
class Vector3D
{
public:
    //////////////////////////////////////////////////////////////////////////
    // *** CONSTRUCTORS ***
    //////////////////////////////////////////////////////////////////////////

    /// Default Constructor
    //
    Vector3D(void);

    /// External initialization Constructor
    //
    Vector3D(const T& p_x, const T& p_y, const T& p_z);

    //////////////////////////////////////////////////////////////////////////
    // *** DESTRUCTOR ***
    //////////////////////////////////////////////////////////////////////////

    /// Destructor
    //
    ~Vector3D(void);

    template <typename U, typename V>
    friend Vector3D<T> operator^ (const Vector3D<U>& lhs, const Vector3D<V>& rhs);
'''
private:
//////////////////////////////////////////////////////////////////////////
// *** PRIVATE DATA MEMBERS ***
//////////////////////////////////////////////////////////////////////////
T m_elem[3];

}

//Vector3D.cpp
/// Calculate the cross product
//
template <typename T, typename U, typename V>
Vector3D<T> operator^ (const Vector3D<U>& p_left, const Vector3D<V>& p_right)
{
    Vector3D<T>cross_product;
    // Calculation
    cross_product.m_elem[0] = T(p_left.m_elem[1], p_right.m_elem[2]) - T(p_left.m_elem[2], p_right.m_elem[1]);
    cross_product.m_elem[1] = T(p_left.m_elem[2], p_right.m_elem[0]) - T(p_left.m_elem[0], p_right.m_elem[2]);
    cross_product.m_elem[2] = T(p_left.m_elem[0], p_right.m_elem[1]) - T(p_left.m_elem[1], p_right.m_elem[0]);

    return cross_product;
}

template class Vector3D<double>;
template class Vector3D<double>;
template class Vector3D<Numeric>;

template class Vector3D<Force>;
template class Vector3D<Acceleration>;
template class Vector3D<Velocity>;
template class Vector3D<Distance>;

template class Vector3D<Moment>;
template class Vector3D<AngularAcceleration>;
template class Vector3D<AngularVelocity>;
template class Vector3D<Angle>;

Answer 1

主要问题是：叉积算子的实现中T的类型是什么？这就是产生歧义的原因。

首先，您可能希望用乘法运算符而不是构造函数替换构造函数，即

Moment operator*(Distance p_radius, Force p_force);

而不是

Moment(Distance p_radius, Force p_force);

这允许您从尾随返回类型中的模板参数推断返回类型。您的运算符可能如下所示：

template<typename U, typename V>
auto operator^(const Vector3D<U>& left, const Vector3D<V>& right)
    -> Vector3D<decltype(std::declval<U>() * std::declval<V>())>
{
    return
    {
        left.m_elem[1] * right.m_elem[2] - left.m_elem[2] * right.m_elem[1],
        left.m_elem[2] * right.m_elem[0] - left.m_elem[0] * right.m_elem[2],
        left.m_elem[0] * right.m_elem[1] - left.m_elem[1] * right.m_elem[0]
    };
}