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1.std::void_t 的原理
2.std::void_t 的应用
2.1.判断成员存在性
2.1.1.判断嵌套类型定义
2.1.2 判断成员是否存在
2.2 判断表达式是否合法
2.2.1 判断是否支持前置运算符
2.2.3 判断两个类型是否可做加法运算
3.std::void_t 与 std::enable_if 1.std::void_t 的…目录
1.std::void_t 的原理
2.std::void_t 的应用
2.1.判断成员存在性
2.1.1.判断嵌套类型定义
2.1.2 判断成员是否存在
2.2 判断表达式是否合法
2.2.1 判断是否支持前置运算符
2.2.3 判断两个类型是否可做加法运算
3.std::void_t 与 std::enable_if 1.std::void_t 的原理 std::void_t 是 C 17 标准增加的一个非常实用的功能其实就是一个模板别名的定义它的作用是将一系列不同的类型映射成 void 类型。在 C 20 的概念concept推出之前它被认为是使用 SFINAE 机制的最方便的方法之一。std::void_t 根据对一个表达式比如用 decltype 推断一个操作数的类型的表达式的有效性判断从候选集中移除某些符合条件的模板函数或模板类从而允许特定的函数重载或类模板的特化版本成立。 标准库中这样定义 std::void_t
template class... _Types
using void_t void; std::void_t 定义了一个模板别名它的作用是将模板参数列表中的 _Types 映射成 void 类型。这个别名能工作的前提是 _Types 中的每种类型都必须是合法的类型若 _Types 中包含不合法的类型则这个别名的定义非法从而触发 SFINAE 机制产生相应的效果。std::void_t 的灵活性在于 _Types 甚至可以是 decltype() 表达式比如 std::void_tdecltype(5) 。这个表达式不会触发模板参数替换失败因为 decltype(5) 推断得到 int 类型整个表达式最终的结果相当于 void。但是 std::void_tdecltype(std::string::to_integer) 就会失败因为目前标准库的 std::string 没有名为 to_integer 的成员decltype 推断不出一个合法的类型。这就是 std::void_t的工作原理当 std::void_t 替换失败时就会触发 SFINAE 机制删除相应的模板参数替换得到的错误结果。
2.std::void_t 的应用
2.1.判断成员存在性
2.1.1.判断嵌套类型定义 std::void_t 可以用来判断一个类型 T 是否嵌套定义了某个类型。判断的原理就是利用 T::SomeType 类型的存在性转化成 std::void_tT::SomeType 定义的合法性。来看下面的例子判断某个类型是否内部嵌套定义了子类型InnerType
template class, class std::void_t //或者 template class, class void
struct has_type_member : std::false_type { };template class T
struct has_type_memberT, std::void_ttypename T::InnerType : std::true_type { };// 演示代码
struct ObjectA {enum class InnerType { COLOR, SHAPE };
};
struct ObjectB {using InnerType int;
};
struct ObjectC {
};static_assert(has_type_memberObjectA::value); //true, ObjectA 有 enum 类型的 InnerType 定义
static_assert(has_type_memberObjectB::value); //true, ObjectB 有 int 类型别名 InnerType
static_assert(has_type_memberObjectC::value); //falseObjectC 没有 InnerType 这里说明一下因为 std::void_t 定义中的_Types是一个变长参数列表可以是空所以当 _Types 为空的时候也是一个合法的模板别名即 std::void_t void。上述代码中的 class std::void_t 很多人也直接写成 class void效果是一样的。模板实例化过程中的匹配顺序void 总是优先级最低的所以编译器总是优先匹配第二个 has_type_member 定义has_type_member的偏特化版本得到std::true_type定义的 value。只有当 T::InnerType 不存在导致std::void_t 定义失败的时候编译器才会继续匹配第一个 has_type_member 的泛化版本。has_type_member 的泛化版本虽然因为 void 优先级低总是最后才轮到但是它能匹配任意情况得到std::false_type定义的 value。根据 SFINAE 机制编译器对之前的失败也不报错于是 has_type_member 就完美地实现了自己的设计意图。 std::false_type 和 std::true_type 是 std::integral_constant 的一个特化版本has_type_member借助这个继承关系得到了一个类型为 bool 的静态变量 value。
2.1.2 判断成员是否存在 借助于上一节的思路判断一个类型中是否存在某个数据成员的方法非常简单但是需要注意的是因为MemberName 是数据成员的名字所以T::MemberName就不是一个类型了不能用做std::void_t的模板参数。这时候就要用到 decltype()了让编译器推导出数据成员的类型
template class, class void
struct has_data_member : std::false_type { };template class T
struct has_data_memberT, std::void_tdecltype(T::Tom) : std::true_type { }; 但是对于成员函数的判断就不能直接使用 decltype(T::Func)因为这只适用于静态成员函数的情况对于非静态的成员函数来说T::Func 是一个非法的表达式。假设 a 是 T 类型的一个对象实例则 a.T::Func 或 a.func 才是合法的表达式。所以对于成员函数来说如果还是使用 decltype(T::Func)的语法形式则无论的一项是否有名为 Func 的成员函数都会因为表达式非法而替换失败从而匹配成 false_type 的结果。难道还要构造一个 T 类型的对象才行吗当然不是C 不是还有std::declval()嘛。 std::declval() 的作用是返回任意类型 T 的右值引用类型 T 可以借助这个右值引用调用 T 的成员函数最终的效果就是在没有构造 T 的任何实例的情况下调用了 T 的成员函数当然这一切都是在编译期间完成的编译器甚至都不需要函数的完整定义。具体的做法就是用std::declval() 得到对象的右值引用然后使用这个右值引用调用成员函数再用decltype()推导函数调用返回值的类型
std::void_tdecltype(std::declvalT().Func()) 如果 T 中存在名为 Func的成员函数则std::declvalT().Func()就是一个合法的函数调用表达式decltype()就能推导出函数返回值的类型std::void_t的模板参数就是一个合法的类型于是它的别名定义就合法。如果 T 中不存在名为 Func的成员函数则std::declvalT().Func()不是一个合法的表达式最终std::void_t的定义就是错误的这会触发 SFINAE 机制删除错误的替换结果从而达到选择的目的。 根据上述分析判断类型是否存在指定成员函数的实现可以这样做
templateclass T, class std::void_t
struct has_func_member : std::false_type {};templateclass T
struct has_func_memberT, std::void_tdecltype(std::declvalT().fun()) : std::true_type {};struct ObjectA {int fun() { return 42; }
};struct ObjectB {
};static_assert(has_func_memberObjectA::value);
static_assert(!has_func_memberObjectB::value);
2.2 判断表达式是否合法 std::void_t不仅可用于判断成员的存在性还可用来判断表达式是否合法实际上2.1.2 节介绍成员函数的存在性判断时就是利用了表达式是否合法的方式处理的。这一节我们再介绍几个这样的例子。
2.2.1 判断是否支持前置运算符 是的实现思路也是尝试调用对象的前置 运算符如果调用失败说明对象不支持前置 运算符
template class, class void
struct has_pre_increment_member : std::false_type { };template class T
struct has_pre_increment_memberT, std::void_t decltype(std::declvalT()) : std::true_type { }; std::declvalT()得到一个右值引用对这个右值引用调用前置 运算符如果表达式合法则std::void_tdecltype(std::declvalT())的定义就是合法的has_pre_increment_member 的 true_type 特化版本实例化成为最佳匹配。反之若对前置 运算符的调用失败则has_pre_increment_member特化版本就得到一个错误的替换结果编译器于是“不动声色地”按照has_pre_increment_member的泛化版本实例化出 false_type 的版本。
2.2.2 判断是否支持迭代器 C 标准库中的容器都支持通过 begin() 和 end() 函数获得对应的迭代器可以借助对这两个成员函数的存在性判断一个类型是否支持迭代器当然这不一定严谨我们只是用这个例子展示 std::void_t的更多用法。
template typename, typename void
struct is_iterable : std::false_type {};template typename T
struct is_iterableT, std::void_t decltype(std::declvalT().begin()), decltype(std::declvalT().end()) : std::true_type {};
对了谁说 std::void_t只能用一个模板参数这个例子不就用了两个嘛。
2.2.3 判断两个类型是否可做加法运算 实现的思路仍然是使用std::declval()得到两个对象的右值引用然后让它们“加”一下看看“加”的表达式是否合法。
templatetypename U, typename V, typename T void
struct is_can_add : std::false_type { };templatetypename U, typename V
struct is_can_addU, V, std::void_t decltype(std::declvalU() std::declvalV()) : std::true_type { };
3.std::void_t 与 std::enable_if std::enable_if 可以用在函数返回值上也可以用在函数参数或模板参数上它的原理就是借助 std::enable_if 的失效条件产生错误的函数签名然后利用 SFINAE 机制从函数候选集中移除替换失败的函数从而达到选择特定的函数重载形式或类模板的实例化结果的目的这是std::enable_if的使用特点。 std::void_t则可以用来判断一个类型的正确性或存在性借助于decltype 和std::declval()还可以用来判断一个表达式是否合法。如果存在性和合法性判断失败将导致std::void_t的定义失败利用这一点配合 SFINAE 机制也可以实现在编译其的一些类型选择。 与传统的使用 SFINAE 机制的方法相比std::enable_if和std::void_t具有更简洁的语义表达方式和更直观的语法形式使用的方法也很方便。它们一直被认为是 C 20 的概念concept推出之前使用 SFINAE 机制的最佳方式。
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