有什么用<ratio>當我們有 conexpr 值時？</ratio>

Question

<ratio> header 允許您使用模板元編程來處理和操縱理性值。

然而 - 它是在 C++11 中引入的，當時我們已經有了constexpr 。 為什么為有理數提供一個完全構造的庫類型還不夠好，即基本上：

template<typename I>
struct rational { 
    I numerator;
    I denominator;
};

並改用它？

使用std::ratio是否有一些具體的好處，而 C++11 constexpr 功能還不夠適合？ 如果是這樣，它在 C++20 中是否仍然相關（隨着 constexpr 的擴展“范圍”）？

Answer 1

使用 std::ratio 是否有一些具體的好處，而 C++11 constexpr 功能還不夠適合？

您可以將ratio作為模板類型參數傳遞，這就是std::chrono::duration所做的。 要使用基於值的比率來做到這一點，您需要 C++20 或更新版本。

在 C++20 和更新版本中，我看不到當前設計的任何好處。

Answer 2

這里有幾個答案和評論，但我認為它們都沒有真正說明std::ratio的要點。 讓我們從std::ratio的定義開始。 它大致相當於：

template<int Num, int Den>
struct ratio {
    static constexpr int num = Num;
    static constexpr int den = Den;
};

不過，您可能可以用作std::ratio的替代方法，如下所示：

template<typename I>
struct ratio {
    I num;
    I den;
};

使用一堆constexpr函數來執行該類型的算術運算。

請注意，這兩個定義之間存在細微但非常重要的區別。 而在第二個定義中，比率的實際值（ num和den ）存儲在類型的實例中，而在第一個定義中，值實際上存儲在類型本身中。

如果你有一個像std::chrono這樣的庫，你想要一個類型，它可以將時間存儲為毫秒數（例如std::chrono::milliseconds ）。 如果您稍后想將此數字轉換為秒，則不希望將轉換比率編碼到std::chrono::milliseconds的實例中，而是編碼到類型本身中。 這就是為什么std::chrono使用第一種形式而不是第二種形式（或簡單的浮點值）的原因。

要將數字存儲到類型而不是實例中，您需要一個非類型模板參數。 在 C++20 之前，您只能對非類型模板參數使用整數值。 盡管如此，為了將合理的轉換因子存儲在標准庫中，指定了std::ratio class 模板。

在 C++20 中，潮流發生了一點變化，因為您現在可以使用浮點數作為非類型模板 arguments。例如， std::chrono::duration可以重寫為：

template<..., double conversion_factor, ...>
duration {
    ...
};

但是，此 C++20 功能與您在問題中提到的“constexpr 的擴展范圍”無關。 編譯時間計算不同於在類型本身中存儲數值，盡管您需要第一個來執行第二個。

使用std::ratio class 模板（專門）用於將值存儲到類型中。

Answer 3

boost::rational與boost::ratio大約同時提供。 然而，由於后者被boost::chrono使用，而后者又被boost::thread使用，因此將整個束一起添加到標准中更容易。 如果要尋找一個成熟的運行時可用有理數 class， boost::rational就在那里。 boost::multiprecision也可用於提供非常長的整數類型作為boost::rational的參數。 關於boost::random等 boost 其他部分的標准化，對我來說，為什么boost::rational尚未添加到標准庫中一直是個大問題。

問候，調頻。