void_t“可以实现概念”吗？

Question

我正在观看Walter Brown的CppCon2014关于模板元编程的第二部分，在此期间他讨论了他的小说void_t<>构造的void_t<> 。 在他的演讲中，Peter Sommerlad问他一个我不太明白的问题。 （链接直接转到问题，正在讨论的代码直接发生在那之前）

索默拉德问道

沃尔特，这是否意味着我们现在实际上可以实现概念精简版？

沃尔特回应了什么

哦耶！ 我已经完成了......它没有完全相同的语法。

我理解这个交换是关于Concepts Lite的。 这种模式真的那么多才多艺吗？ 无论出于何种原因，我都没有看到它。 有人可以解释（或描绘）这样的事情会是什么样子？ 这只是关于enable_if和定义特征，还是提问者指的是什么？

void_t模板定义如下：

template<class ...> using void_t = void;

然后他使用它来检测类型语句是否格式正确，使用它来实现is_copy_assignable类型特征：

//helper type
template<class T>
using copy_assignment_t
= decltype(declval<T&>() = declval<T const&>());

//base case template
template<class T, class=void>
struct is_copy_assignable : std::false_type {};

//SFINAE version only for types where copy_assignment_t<T> is well-formed.
template<class T>
struct is_copy_assignable<T, void_t<copy_assignment_t<T>>> 
: std::is_same<copy_assignment_t<T>,T&> {};

由于这个话题，我理解这个例子是如何工作的，但是我没有看到我们如何从这里得到像Concepts Lite这样的东西。

Answer 1

是的，概念精简版基本上打扮成SFINAE。 此外，它允许更深入的内省，以实现更好的重载。 但是，只有在概念谓词被定义为concept bool时才有效。 改进的重载不适用于当前的概念谓词，但可以使用条件重载。 让我们看看如何在C ++ 14中定义谓词，约束模板和重载函数。 这有点长，但它讨论了如何在C ++ 14中创建完成此任务所需的所有工具。

定义谓词

首先，用所有std::declval和decltype读取谓词到处都是std::declval 。 取而代之的是，我们可以采取的事实，即我们可以使用尾随decltype（埃里克Niebler的博客文章约束的功能在这里 ），就像这样：

struct Incrementable
{
    template<class T>
    auto requires_(T&& x) -> decltype(++x);
};

因此，如果++x无效，则requires_ member函数不可调用。 因此，我们可以创建一个models特征，只需使用void_t检查requires_是否可调用：

template<class Concept, class Enable=void>
struct models
: std::false_type
{};

template<class Concept, class... Ts>
struct models<Concept(Ts...), void_t< 
    decltype(std::declval<Concept>().requires_(std::declval<Ts>()...))
>>
: std::true_type
{};

约束模板

因此，当我们想要基于概念约束模板时，我们仍然需要使用enable_if ，但我们可以使用此宏来帮助使其更清晰：

#define REQUIRES(...) typename std::enable_if<(__VA_ARGS__), int>::type = 0

所以我们可以定义一个基于Incrementable概念约束的increment函数：

template<class T, REQUIRES(models<Incrementable(T)>())>
void increment(T& x)
{
    ++x;
}

所以，如果我们称之为increment的东西，是不是Incrementable ，我们会得到这样的错误：

test.cpp:23:5: error: no matching function for call to 'incrementable'
    incrementable(f);
    ^~~~~~~~~~~~~
test.cpp:11:19: note: candidate template ignored: disabled by 'enable_if' [with T = foo]
template<class T, REQUIRES(models<Incrementable(T)>())>
                  ^

重载函数

现在，如果我们想要进行重载，我们希望使用条件重载。 假设我们想要使用概念谓词创建一个std::advance ，我们可以像这样定义它（现在我们将忽略可递减的情况）：

struct Incrementable
{
    template<class T>
    auto requires_(T&& x) -> decltype(++x);
};

struct Advanceable
{
    template<class T, class I>
    auto requires_(T&& x, I&& i) -> decltype(x += i);
};

template<class Iterator, REQUIRES(models<Advanceable(Iterator, int)>())>
void advance(Iterator& it, int n)
{
    it += n;
}

template<class Iterator, REQUIRES(models<Incrementable(Iterator)>())>
void advance(Iterator& it, int n)
{
    while (n--) ++it;
}

但是，当它与std::vector迭代器一起使用时，这会导致模糊的重载（在概念lite中，这仍然是一个模糊的重载，除非我们将谓词更改为引用concept bool的其他谓词）。 我们想要做的是订购调用，我们可以使用条件重载来完成调用。 可以想到写这样的东西（这是无效的C ++）：

template<class Iterator>
void advance(Iterator& it, int n) if (models<Advanceable(Iterator, int)>())
{
    it += n;
} 
else if (models<Incrementable(Iterator)>())
{
    while (n--) ++it;
}

因此，如果未调用第一个函数，它将调用下一个函数。 所以让我们开始实现它的两个功能。 我们将创建一个名为basic_conditional的类，它接受两个函数对象作为模板参数：

struct Callable
{
    template<class F, class... Ts>
    auto requires_(F&& f, Ts&&... xs) -> decltype(
        f(std::forward<Ts>(xs)...)
    );
};

template<class F1, class F2>
struct basic_conditional
{
    // We don't need to use a requires clause here because the trailing
    // `decltype` will constrain the template for us.
    template<class... Ts>
    auto operator()(Ts&&... xs) -> decltype(F1()(std::forward<Ts>(xs)...))
    {
        return F1()(std::forward<Ts>(xs)...);
    }
    // Here we add a requires clause to make this function callable only if
    // `F1` is not callable.
    template<class... Ts, REQUIRES(!models<Callable(F1, Ts&&...)>())>
    auto operator()(Ts&&... xs) -> decltype(F2()(std::forward<Ts>(xs)...))
    {
        return F2()(std::forward<Ts>(xs)...);
    }
};

所以现在这意味着我们需要将函数定义为函数对象：

struct advance_advanceable
{
    template<class Iterator, REQUIRES(models<Advanceable(Iterator, int)>())>
    void operator()(Iterator& it, int n) const
    {
        it += n;
    }
};

struct advance_incrementable
{
    template<class Iterator, REQUIRES(models<Incrementable(Iterator)>())>
    void operator()(Iterator& it, int n) const
    {
        while (n--) ++it;
    }
};

static conditional<advance_advanceable, advance_incrementable> advance = {};

所以现在如果我们尝试将它与std::vector ：

std::vector<int> v = { 1, 2, 3, 4, 5, 6 };
auto iterator = v.begin();
advance(iterator, 4);
std::cout << *iterator << std::endl;

它将编译并打印5 。

但是， std::advance实际上有三个重载，所以我们可以使用basic_conditional来实现使用递归适用于任意数量函数的conditional ：

template<class F, class... Fs>
struct conditional : basic_conditional<F, conditional<Fs...>>
{};

template<class F>
struct conditional<F> : F
{};

所以，现在我们可以像这样编写完整的std::advance ：

struct Incrementable
{
    template<class T>
    auto requires_(T&& x) -> decltype(++x);
};

struct Decrementable
{
    template<class T>
    auto requires_(T&& x) -> decltype(--x);
};

struct Advanceable
{
    template<class T, class I>
    auto requires_(T&& x, I&& i) -> decltype(x += i);
};

struct advance_advanceable
{
    template<class Iterator, REQUIRES(models<Advanceable(Iterator, int)>())>
    void operator()(Iterator& it, int n) const
    {
        it += n;
    }
};

struct advance_decrementable
{
    template<class Iterator, REQUIRES(models<Decrementable(Iterator)>())>
    void operator()(Iterator& it, int n) const
    {
        if (n > 0) while (n--) ++it;
        else 
        {
            n *= -1;
            while (n--) --it;
        }
    }
};

struct advance_incrementable
{
    template<class Iterator, REQUIRES(models<Incrementable(Iterator)>())>
    void operator()(Iterator& it, int n) const
    {
        while (n--) ++it;
    }
};

static conditional<advance_advanceable, advance_decrementable, advance_incrementable> advance = {};

使用Lambdas重载

但是，另外，我们可以使用lambdas来编写它而不是函数对象，这有助于使写入更清晰。 所以我们使用这个STATIC_LAMBDA宏在编译时构造lambdas：

struct wrapper_factor
{
    template<class F>
    constexpr wrapper<F> operator += (F*)
    {
        return {};
    }
};

struct addr_add
{
    template<class T>
    friend typename std::remove_reference<T>::type *operator+(addr_add, T &&t) 
    {
        return &t;
    }
};

#define STATIC_LAMBDA wrapper_factor() += true ? nullptr : addr_add() + []

并添加一个make_conditional函数constexpr ：

template<class... Fs>
constexpr conditional<Fs...> make_conditional(Fs...)
{
    return {};
}

然后我们现在可以像这样编写advance函数：

constexpr const advance = make_conditional(
    STATIC_LAMBDA(auto& it, int n, REQUIRES(models<Advanceable(decltype(it), int)>()))
    {
        it += n;
    },
    STATIC_LAMBDA(auto& it, int n, REQUIRES(models<Decrementable(decltype(it))>()))
    {
        if (n > 0) while (n--) ++it;
        else 
        {
            n *= -1;
            while (n--) --it;
        }
    },
    STATIC_LAMBDA(auto& it, int n, REQUIRES(models<Incrementable(decltype(it))>()))
    {
        while (n--) ++it;
    }
);

这比使用函数对象版本更紧凑和可读。

另外，我们可以定义一个modeled函数来减少decltype ugliness：

template<class Concept, class... Ts>
constexpr auto modeled(Ts&&...)
{
    return models<Concept(Ts...)>();
}

constexpr const advance = make_conditional(
    STATIC_LAMBDA(auto& it, int n, REQUIRES(modeled<Advanceable>(it, n)))
    {
        it += n;
    },
    STATIC_LAMBDA(auto& it, int n, REQUIRES(modeled<Decrementable>(it)))
    {
        if (n > 0) while (n--) ++it;
        else 
        {
            n *= -1;
            while (n--) --it;
        }
    },
    STATIC_LAMBDA(auto& it, int n, REQUIRES(modeled<Incrementable>(it)))
    {
        while (n--) ++it;
    }
);

最后，如果您对使用现有的库解决方案感兴趣（而不是像我所示的那样滚动自己的解决方案）。 Tick库提供了用于定义概念和约束模板的框架。 Fit库可以处理函数和重载。