使用模板 C++ 检查类型

Question

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

我找到了这段代码：

文件特征.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 中有一个带有Enable_if 的函数（和其他许多函数一样）：

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Matrix），则将应用程序的返回类型声明为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 个结构描述成功和失败的情况，template<> 是 substitution_succeeded 的特化，它表示：如果 substitution_succeeded 的类型是 substitution_failure，则 "return" false 否则 "return" true。 我希望我说的是正确的。

现在，get_matrix_type_result 完全不为人所知。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 check 如何返回 bool 或 substitution_failure。为什么不只是bool？

谢谢。

Answer 1

现在，get_matrix_type_result 是完全模糊的。我不明白为什么它使用可变参数函数（check(...)），在这段代码中 declval 和 decltype 做了什么，以及 check 怎么可能返回 bool 或“substitution_failure”。为什么不只是 bool？

重要的一点是Enable_if（std::enable_if 从 C++11 开始）旨在启用或不启用某些东西（模板函数、模板类特化、模板方法、模板变量特化）。

实际上是一个名为 SFINAE（替换失败不是错误）的 C++ 原则，它说，在某些地方，如果没有发生替换，它只是一个软错误，而不是硬错误，并且编译可以继续。

在您的情况下，type 定义如下

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

其中decltype()“返回”参数的类型；在这种情况下，调用 check() 返回的类型为 M 类型的假设对象（类的模板参数）。

你可以写

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

传递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该类型的对象，如何在decltype() 参数（具有推断类型的专有功能，而不是执行指令）中使用泛型类型的对象？

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T（或更好：T &）类型的对象的技巧，即使你不知道如何构造它。

回到check，你有它的三个版本（只声明：在decltype()内部使用；我们只对返回的类型感兴趣，所以不需要执行它们，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);

如果您使用Matrix<T, 0> 调用check()，则Enable_if 不会返回任何内容，因此您会遇到替换失败（定义模板参数的默认值），因此此版本的check() 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);

再一次：如果你用MatrixRef<T, 0> 调用check()，Enable_if 什么也不返回，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) 第三个接受所有内容并曾经 启用

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），对于一些T 和一些N 和N >= 1，编译器可以在版本(1) 之间进行选择和check() 的版本（3）并选择版本（1），因为更专业，返回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），对于一些T 和一些N 和N >= 1，编译器可以在版本(2) 之间进行选择和check() 的版本（3）并选择版本（2），因为更专业，返回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，编译器只能选择返回substitution_failure 的版本(3)，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。

例如，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，以这种方式编写代码是为了满足其他需求。