正确的模板习语（直觉）答案

【问题标题】：Proper template idiom (intuition)正确的模板习语（直觉）
【发布时间】：2021-06-16 22:28:11
【问题描述】：

我试图从更深层次的概念中理解 C++ 模板元编程。我不明白的是模板的真正含义。具体来说，具有静态成员的模板类的习语是什么。举个例子：

template <class T>
class Matrix {
  private:
    
  public:
    static constexpr Matrix<T> Identity(int,int);
    static constexpr Matrix<T> Zero(int,int);
    static constexpr Matrix<T> Null = Matrix();

    typdef value_type;

    Matrix();
    Matrix(int,int);
}

Matrix 的静态成员函数显然构造了典型的矩阵。我的想法是思考文本（习语）Matrix<T>::Identity 的方式将是 一个类的身份矩阵 value_type = T。

TL;DR

重申一下，我相信上面的模板会生成一组类，其中包含各自的“类型”静态成员 Matrix<T>::Identity。这与一些Matrix::Identity<T>() 的其他直观语义相比，这将是所有矩阵的T 类型的标识。哪个是正确的？

【问题讨论】：

模板就是食谱。当您执行Matrix<int> 时，它会获取您的模板并标记一个版本，在该版本中它将所有出现的T 替换为int。
我不知道这被称为成语。它就像一个带有静态方法的普通类，只是你可以从模板中实例化许多不同的类
Matrix 是一个类模板。对于给定的T，Matrix<T> 是一个类。 Matrix<T>::Identity 是类Matrix<T> 的静态类函数，Matrix<T>::Null 是类的静态成员。 Matrix::Identity<T> 不是一个东西，尽管可以有非模板类的模板成员，并且它们会有那种语法。
TY，编辑了评论。
@molbdnilo“并非所有模板编程都是元编程”？一些模板编程当然是元 ;)

标签： c++ class templates member

【解决方案1】：

没有任何其他条件，Matrix<T>::identity 和Matrix::identity<T> 没有什么不同。它看起来就像someFunction<T>。所以没有成语。

但另一方面，很多实际问题会让你选择更好的。

Matrix::identity<T> 是什么？如果Matrix<T> 表示其元素类型为T 的矩阵类，那么Matrix 本身是什么？它是一个类模板，所以没有实例化就不能有任何成员。在这种情况下，您应该定义一个单独的类（例如，名为MatrixUtility），并使用MatrixUtility::identity<T>。听起来很吵吧？
但是，Matrix::identity（或MatrixUtility::identity）呢？通常T 类型可以在上下文中推导出来。例如：

Matrix<int> a = MatrixUtility::identity(3, 3); // T=int is required in this context.
auto lambda = [](Matrix<double>){};
lambda(MatrixUtility::identity(2, 2)); // T=double is required in this context.

所以有一个棘手的方法来实现它，通过operator T()的自动推断：

struct Helper{
    template<typename T>
    operator Matrix<T>(){
        // construct and return
    };
    int w, h;
};

struct MatrixUtility{
    Helper identity(int w, int h){
        return Helper{ w, h };
    }
};

在这种情况下，MatrixUtility 实际上是必要的。

尽管如此，您还需要 MatrixUtility::identity<T>，因为有时需要单态：

template<typename T>
void foo(Matrix<T>);

auto a = MatrixUtility::identity(3, 3); // unexpected, a has type of Helper.
auto b = MatrixUtility::identity<int>(3, 3); // ok.
foo(MatrixUtility::identity(3, 3)); // ill-formed, T is not deducible.
foo(MatrixUtility::identity<int>(3, 3)); // well-formed.

最后，您选择的实现应该取决于您真正需要的。你需要一个多态，然后选择MatrixUtility::identity；您需要最简化，然后选择Matrix<T>::identity；而不是遵守固定的成语。

【讨论】：