模板类型函数的延迟评估

Question

我阅读了“The C++ Programming language 第 4 版，第 1 次印刷，Bjarne Stroustrup 所著”一书（来自 Amazon.com）。 第 785 页。 Stroustrup 正在解释他如何在使用“std::conditional + std::make_unsigned”时消除“::type”的显式书写，使用“type aliases”（关键字“using”）。但是在“std::conditional + std::make_unsigned”上使用“类型别名”会导致编译错误。 到目前为止，一切都应该如此。他接着展示了如何使用“模板类型函数的延迟评估”来消除这些编译错误。

问题在线Atype<make_unsigned<string>和myType2<string> ...。

我使用的是 g++ 4.8.2。

编译：

g++ -std=c++1y test45.cpp -o a

#include <type_traits>
#include <string>
#include <iostream>
#include <typeinfo>  // for typeid(...)
using namespace std;

template<class T>
struct ErrIndicator {
   typedef ErrIndicator<T> type;
};

template<bool C, class T, class F>
using Conditional = typename conditional<C,T,F>::type;

template<typename T>
using Make_unsigned = typename make_unsigned<T>::type;

template<template<typename ...> class F, typename... Args>
using Delay = F<Args ...>;

template<class T>
using myType1 = Conditional<is_integral<T>::value,
    Make_unsigned<T>,
    ErrIndicator<T>
    >;

template<class T> 
    using myType2 = Conditional<is_integral<T>::value,
    Delay<Make_unsigned, T>,   // delayed evaluation
    ErrIndicator<T>
    >;

template<class T>
    using myType4 = Conditional<is_integral<T>::value,
    make_unsigned<T>,
    ErrIndicator<T>
    >;

template<typename T>
class Atype {}; 

template<typename T>
void func1(T &ia /* output param */) {
  cout << "unsigned integral type" << endl;
  ia = 4;  // "unsigned integral type" computation
}

template<typename T>
void func1(ErrIndicator<T> &) {
  cout << "non integral type: " << typeid(T).name() << endl;
}

int main() {
  myType1<int> var1a; // OK
  // myType1<string> var1b; // Error; The book says error
  //                    // should occur here. Here I understand.
  myType2<int> var2a; // OK
  // myType2<string> var2b; // Error - why?. Maybe I didn't get it,
  //                      // but I understand the book as no
  //                      // error should occur here.
  //                      // @DyP answered it.
  Atype<make_unsigned<string> > var3;  // OK here, look below at @DyP
  //                             // for "foo, bar, X" why
  //                        // make_unsigned<string> is not an error here.
  // make_unsigned<string> var6; // Error
  // Atype<make_unsigned<string>::type > var4;  // Error
  Atype<make_unsigned<int>::type > var5;  // OK
  //-------------
  myType4<string>::type var7;    // Look below for "myType3", where @Yakk
  //                          // obviates the necessity to write "::type".
  // rsl7 = 1:
  cout << "rsl7 = " << is_same<decltype(var7), ErrIndicator<string> >::value << endl; 
  func1(var7);  // "non integral type" overload of func1()
  //---------
  myType4<int>::type var8;
  // rsl8 = 1:
  cout << "rsl8 = " << is_same<decltype(var8), unsigned int>::value << endl; 
  func1(var8);  // "unsigned integral type" overload of func1()
}

Answer 1

我认为 Stroustrup 打算延迟对make_unsigned<T>::type 的访问，因为这种嵌套类型不是为非整数类型定义的。但是，对于 clang++ 和 g++ 来说，使用别名模板似乎是不够的：它们将 Delay<Make_unsigned,T> 直接解析为 Make_unsigned<T>，而 this 解析为 make_unsigned<T>::type。

整个例子是：

template<typename C, typename T, typename F>
using Conditional = typename std::conditional<C,T,F>::type;

template<typename T>
using Make_unsigned = typename std::make_unsigned<T>::type;

// the example
Conditional<
  is_integral<T>::value,
  Delay<Make_unsigned,T>,
  Error<T>
>

// "The implementation of a perfect `Delay` function is nontrivial,
//  but for many uses this will do:"
template<template<typename...> class F, typename... Args>
using Delay = F<Args...>;

---

问题当然是，Delay<Make_Unsigned,T> 什么时候解决？对于类模板（不是别名模板），它们仅在需要完整的对象类型或程序的语义受到影响时才会隐式实例化。考虑：

#include <type_traits>
using namespace std;

template<class T>
struct foo
{
    static_assert(is_same<T, void>{}, "!");
};

template<class X>
struct bar
{
    // without the line below, no error!
    //X x;
};

int main()
{
    bar<foo<int>> b;
}

但是，别名模板并非如此。它们被替换为 [temp.alias]/2

当一个template-id指代一个别名模板的特化时，它等价于关联类型 通过将其 template-arguments 替换为别名的 type-id 中的 template-parameters 获得 模板。

恕我直言，这表明在上面的示例中，Delay<Make_unsigned,T> 等同于 make_unsigned<T>::type，将实例化 make_unsigned<string>::type 并导致编译时错误。

Answer 2

template<bool, template<typename...>class Lhs, template<typename...>class Rhs, typename... Ts>
struct conditional_apply {
  typedef Lhs<Ts...> type;
};
template<template<typename...>class Lhs, template<typename...>class Rhs, typename...Ts>
struct conditional_apply<false, Lhs, Rhs, Ts...> {
  typedef Rhs<Ts...> type;
};
template<bool b, template<typename...>class Lhs, template<typename...>class Rhs, typename... Ts>
using Conditional_apply=typename conditional_apply<b, Lhs, Rhs, Ts...>::type;

template<class T> using myType3 = Conditional_apply<is_integral<T>::value, Make_unsigned, ErrIndicator, T >;

应该在T 上实际延迟应用templates，除非有错别字（在电话上）。