C++中的概念多态性

Question

简短的问题是：如何使模板化函数表现不同，基于 关于参数概念支持。

我的意思是，如果类型 T 实现了某个概念，那么我的函数应该对它进行特殊处理，而不是其他类型。

问题扩展是：应该如何声明这个函数，以便最终用户可以在其声明中看到它支持哪些类型（用户，不应该为了获得这些知识而检查定义）。

这是我的具体示例，我使用 B. Stroustrup 在“C++ 编程语言”中提出的“概念”思想，即 constexpr 谓词，而不是 c++20 的概念，因为我的编译器没有支持它，但是：

template<typename T>
bool constexpr is_matrix() { ... }

template<size_t N, size_t M, typename T>
class Matrix {
    ...
    template<typename U>
    Matrix& operator+=(const U& v) {
        if constexpr (is_matrix<U>()) {
            // handle matrix case
        } else {
            // handle scalar case
        }
    }
    ...
}

这个例子取自我用来研究软件渲染的简单 Matrix/Vector 库。我的想法是要求类型 U 来满足我的概念（支持所有必要的操作，提供必要的类型别名），而不是要求它是我的 Matrix 类型，当检查失败时应该处理它作为标量。

那么这里可以应用哪些技术来使最终用户的代码更清晰，还有比 constexpr if 更好的方法来提供基于概念的参数多态性吗？

我能想出的解决这个问题的唯一方法是使用 enable_if，如下所示：

    ...
template<typename U, typename = 
    enable_if_t<is_convertible_v<U, T> ||
        (is_matrix<U>() && is_convertible_v<matrix_value_type_t<U>, T>)>>
Matrix& operator+=(const U& v) {
    ...

这非常冗长，不能称为漂亮，顺便说一句，我更喜欢静态断言类型应该是可转换的或者是可转换值的矩阵，而不是隐藏这个运算符。

编辑：重新考虑我的解决方案，我实际上可以在定义中使用 static_assert，但仍然在声明中提供断言标准

template<typename U, bool check = is_convertible_v<U, T> || (is_matrix<U>() && is_convertible_v<matrix_value_type_t<U>, T>)>
... {
    static_assert(check, "Type U should be either convertible to T, or being a matrix of convertible values");
}

EDIT2：可以进一步改进为更具可读性的变体：

...
template <typename U, bool check = std::disjunction_v<
    compatible_type<This, U>,
    compatible_matrix<This, U>,
    compatible_vector<This, U>>>
Matrix& operator+=(const U& v) {
    assert_compatible<check>();
...

Answer 1

只需为您想要支持的所有类型重载运算符即可。您还可以添加另一个生成可理解的编译时错误的版本

 Matrix& operator+=(Matrix const&);

 template<typename matrix, typename=enable_if_t<is_matrix<matrix>::value>>
 Matrix& operator+=(matrix const&);

 template<typename scalar, typename=enable_if_t<is_scalar<scalar>::value>>
 Matrix& operator+=(scalar);

 template<typename arg>
 Matrix& operator+=(arg&&)        // catch attempts to add wrong argument type
 {
     static_assert(is_matrix<arg>::value || is_scalar<arg>::value,
         "Matrix::operator+=(arg) requires matrix or scalar argument");
     assert(false);
     return*this;
 }

您也可以声明最后一个运算符[[noreturn]]。