实现模板化模板方法答案

【问题标题】：Implementing templated template method实现模板化模板方法
【发布时间】：2016-10-16 20:39:55
【问题描述】：

注意：以下问题是关于Template Method Design Pattern 和C++ 函数模板。为了区分两者，我将在引用设计模式时使用斜体，在引用 C++ 模板时使用粗体。

模板方法模式的想法是使算法的某些部分可交换。这通常通过继承来实现，其中子类提供插入基类算法的具体实现。但是，如果钩子方法需要是模板，这将不起作用，因为模板不能是虚拟的。这是一个无法编译的简单示例：

class Base
{
public:

    // This is the template method
    template <typename T>
    void doSomething(T input)
    {
        //...
        auto converted = ConvertInput(input);
        //...
        std::cout << converted;
    }

protected:
    //compile error "member function templates cannot be virtual"
    template <typename T>
    virtual T ConvertInput(T input) = 0;
};

class Derived : public Base
{
protected:
    template <typename T>
    T ConvertInput(T input)
    {
        return 2 * input;
    }
};

int main()
{
    Derived d;
    d.doSomething(3);
}

有没有办法实现使用函数模板钩子的模板方法？

我对在任何地方使用 Base 类作为类型不感兴趣。我将始终使用具体的特定类型来实现最大的编译时优化。所以这个问题的另一种表述是：我怎样才能创建多个类Derived-1 .. Derived-n，它们具有函数模板，它们在实现之间共享一个公共代码框架？

【问题讨论】：

CRTP。使Base 以Derived 作为模板参数。通过static_cast<D*>(this)->ConvertInput拨打ConvertInput
T 使用的类型集是否有任何限制？
@Yakk 是的，但只有隐含的。例如。其中一个实例需要使用迭代器，它可以是任何东西。
@nico 迭代可以被类型擦除。 ;)

标签： c++ templates design-patterns template-method-pattern

【解决方案1】：

听起来像是CRTP 的一个很好的用例。将Base 定义为类模板，并将其派生的类型作为模板参数。在 Base 的方法中，您可以强制转换为派生类型：

template<typename Derived>
struct Base
{
    // This is the template method
    template <typename T>
    void doSomething(T input)
    {
        //...
        auto converted = static_cast<Derived*>(this)->ConvertInput(input);
        //...
        std::cout << converted << std::endl;
    }
};

然后定义派生类型，例如：

struct Square : Base<Square>
{
    template<typename T>
    auto ConvertInput(T t)
    {
        return t*t;
    }
};

struct Sum : Base<Sum>
{
    template<typename T>
    auto ConvertInput(T t)
    {
        return t+t;
    }
};

用法很简单：

Square sq;
Sum sum;
sq.doSomething(3);
sum.doSomething(3);

live demo

【讨论】：

谢谢。我已经考虑过这个方向，这绝对是一个可能的解决方案。我也会对不需要将 Base 设为类模板的解决方案感兴趣。
CRTP 的 +1：没有读过去。如果帖子的其余部分让您感到困惑，请阅读有关 CRTP 的内容，您的问题非常适合。

【解决方案2】：

CRTP 通过将 Base 设为模板来解决您的问题。

如果T 来自有限集，或者转换是非任意的，则类型擦除可以工作。

如果是有限集，请键入擦除所有派生的虚拟方法。如果是公共属性，请键入擦除该属性并虚拟化作用于它的方法。或混合。

否则，Base 可以具有将操作作为函数对象的模板方法（使用模板operator()），而不是使用虚拟来查找它。 Derived 将模板化操作作为参数传递给 Base 方法。这基本上是没有 CRTP 的 CRTP。

【讨论】：