用c++编写和检查自己的概念

Writing and checking your own concepts in c++

本文关键字：自己的 检查 c++      更新时间：2023-10-16

我正在编写一个只使用头的C++库，它大量使用模板。现在，我想添加一些概念检查，以处理在模板参数中使用不正确类型时引发的编译时错误。

例如，我需要可以指向单个对象的类似指针的对象的概念(如std:：shared_ptr(，可以指向数组(通过运算符[](但不能用于指针算术的类似指针对象(如std：：unique_ptr(，以及可以用于指针算术等的指针的概念

由于概念仍然不是标准的，编译器也不支持这些概念，所以我需要自己实现。我知道Boost概念库，但由于某些原因，我不想将其添加到依赖项中。

所以问题是，如何实现对某些类型需求的检查？它是如何在Boost中实现的？在这种情况下常见的技术是什么？

自从我还在使用C++11以来，我自己也做过一些类似的事情。从本质上讲，做到这一点的方法是大量使用SFINAE，并熟悉所有这些事情：http://en.cppreference.com/w/cpp/types

概念检查中最重要的可以说是enable_if：如果第一个模板参数是true，它是一个提供给定返回类型的模板，如果该参数是false:，则会导致替换失败

//this one gets called only for pointers
template <typename T>
typename enable_if<is_pointer<T>::value, bool>::type do_stuff(T) {}
//this one gets called only for non-pointers
template <typename T>
typename enable_if<not is_pointer<T>::value, bool>::type do_stuff(T) {}

如果你不在乎是否能够重载这样的东西，并且你喜欢可读的错误消息，那么你应该使用static_assert：

template <typename T>
class pointer_thingy {
    static_assert(is_pointer<T>::value, "T must be a pointer");
    //...
};

现在，转到更困难的部分：定义你自己的概念，比如模板。如果可能的话，最好的方法就是根据上面链接中已经存在的标准编写它们。然而，有时你想检查那里不可用的东西，比如，某个特定操作的可用性。在这种情况下，SFINAE是您的朋友：

template <typename T>
class is_equality_comparable {
    template <typename U> static auto check(const U& u) -> typename std::conditional<
            std::is_convertible<decltype(u == u), bool>::value,
            std::true_type, std::false_type>::type;
    static std::false_type check(...);
public:
    static constexpr bool value = decltype(check(std::declval<T>()))::value;
};

这会检查特定类型是否定义了相等运算符(operator==(，以及它是否返回了可以用作bool的内容。不过，它是如何做到这一点的，需要一些解释：这个类所做的主要工作是定义一个从未被调用的check方法，并通过计算check的返回类型来生成正确的值。在底部，该类就是这样做的：当使用类型为T的虚值(通过declval生成以避免对构造函数的依赖(调用时，它确定check的返回类型。为了使其正确工作，提供了check的两个重载：第一个重载是模板化的，第二个重载使用...表示法，以便接受任何参数，并具有比第一个重载更低的选择优先级。第一个重载使用后缀返回类型，这样它就可以引用它的参数(这使代码更干净(，并使用conditional根据operator==是否正确地返回了可以用作bool的内容在true_type和false_type之间进行选择。如果operator==不存在，则第一个重载会导致替换失败，并且SFINAE确保它从可能的重载列表中被悄悄丢弃，这意味着对check的假设调用会回退到第二个重载，该重载只返回false_type。

当然，这只是我这样做的方式；这是一种有效的方法，但我不确定Boost是这样做的，还是其他人也是这样做的。如果你能使用一个新版本的C++并支持真正的概念，你肯定应该使用它：除了其他不错的功能外，如果你做错了什么，你将能够获得可理解的错误消息，这不一定是你从上面提到的方法中得到的东西。最后要注意的是，如果你真的决定做这样的事情，严格的测试是至关重要的：当你的类已经在代码的其他地方使用时，很容易出错，很难找出如何修复它。

相关文章：