Bjarne:为什么不能为模板参数定义约束？

2019-11-17 05:13:24

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供稿：网友

　　可以的，而且方法非常简单和通用。

　　看看这个：

template<class Container>
void draw_all(Container& c)
{
　for_each(c.begin(),c.end(),mem_fun(&Shape::draw));
}
　　假如出现类型错误，可能是发生在相当复杂的for_each()调用时。例如，假如容器的元素类型是int，我们将得到一个和for_each()相关的含义模糊的错误(因为不能够对对一个int值调用Shape::draw的方法)。

　　为了提前捕捉这个错误，我这样写：

template<class Container>
void draw_all(Container& c)
{
　Shape* p = c.front(); // accept only containers of Shape*s
　for_each(c.begin(),c.end(),mem_fun(&Shape::draw));
}
　　对于现在的大多数编译器，中间变量p的初始化将会触发一个易于了解的错误。这个窍门在很多语言中都是通用的，而且在所有的标准创建中都必须这样做。在成品的代码中，我也许可以这样写：

template<class Container>

void draw_all(Container& c)
{
　typedef typename Container::value_type T;
　Can_copy<T,Shape*>(); // accept containers of only Shape*s
　for_each(c.begin(),c.end(),mem_fun(&Shape::draw));
}
　　这样就很清楚了，我在建立一个断言(assertion)。Can_copy模板可以这样定义：

template<class T1, class T2> strUCt Can_copy {
　static void constraints(T1 a, T2 b) { T2 c = a; b = a; }
　Can_copy() { void(*p)(T1,T2) = constraints; }
};
　　Can_copy(在运行时)检查T1是否可以被赋值给T2。Can_copy<T,Shape*>检查T是否是Shape*类型，或者是一个指向由Shape类公共继续而来的类的对象的指针，或者是被用户转换到Shape*类型的某个类型。注重这个定义被精简到了最小：

　　一行命名要检查的约束，和要检查的类型

　　一行列出指定的要检查的约束(constraints()函数)

　　一行提供触发检查的方法(通过构造函数)

　　注重这个定义有相当合理的性质：

　　你可以表达一个约束，而不用声明或复制变量，因此约束的编写者可以用不着去设想变量如何被初始化，对象是否能够被复制，被销毁，以及诸如此类的事情。(当然，约束要检查这些属性的情况时例外。)

　　使用现在的编译器，不需要为约束产生代码

　　定义和使用约束，不需要使用宏

　　当约束失败时，编译器会给出可接受的错误信息，包括“constraints”这个词（给用户一个线索），约束的名字，以及导致约束失败的具体错误（例如“无法用double*初始化Shape*”）。

　　那么，在C++语言中，有没有类似于Can_copy——或者更好——的东西呢？在《C++语言的设计和演变》中，对于在C++中实现这种通用约束的困难进行了分析。从那以来，出现了很多方法，来让约束类变得更加轻易编写，同时仍然能触发良好的错误信息。例如，我信任我在Can_copy中使用的函数指针的方式，它源自Alex Stepanov和Jeremy Siek。我并不认为Can_copy()已经可以标准化了——它需要更多的使用。同样，在C++社区中，各种不同的约束方式被使用；到底是哪一种约束模板在广泛的使用中被证实是最有效的，还没有达成一致的意见。

　　但是，这种方式非常普遍，比语言提供的专门用于约束检查的机制更加普遍。无论如何，当我们编写一个模板时，我们拥有了C++提供的最丰富的表达力量。看看这个：

template<class T, class B> struct Derived_from {
　static void constraints(T* p) { B* pb = p; }
　Derived_from() { void(*p)(T*) = constraints; }
};

template<class T1, class T2> struct Can_copy {
　static void constraints(T1 a, T2 b) { T2 c = a; b = a; }
　Can_copy() { void(*p)(T1,T2) = constraints; }
};

template<class T1, class T2 = T1> struct Can_compare {
　static void constraints(T1 a, T2 b) { a==b; a!=b; a<b; }
　Can_compare() { void(*p)(T1,T2) = constraints; }
};

template<class T1, class T2, class T3 = T1> struct Can_multiply {
　static void constraints(T1 a, T2 b, T3 c) { c = a*b; }
　Can_multiply() { void(*p)(T1,T2,T3) = constraints; }
};

struct B { };
struct D : B { };
struct DD : D { };
struct X { };

int main()
{
　Derived_from<D,B>();
　Derived_from<DD,B>();
　Derived_from<X,B>();
　Derived_from<int,B>();
　Derived_from<X,int>();

　Can_compare<int,float>();
　Can_compare<X,B>();
　Can_multiply<int,float>();
　Can_multiply<int,float,double>();
　Can_multiply<B,X>();
　Can_copy<D*,B*>();
　Can_copy<D,B*>();
　Can_copy<int,B*>();
}

// 典型的“元素必须继续自Mybase*”约束:

template<class T> class Container : Derived_from<T,Mybase> {

// ...

};
　　事实上，Derived_from并不检查来源（derivation），而仅仅检查转换（conversion），不过这往往是一个更好的约束。为约束想一个好名字是很难的。

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