在Java中,你可以定义泛型类,它只接受你选择的扩展类的类型,例如:

public class ObservableList<T extends List> {
  ...
}

这是使用“extends”关键字完成的。

在c++中是否有与此关键字简单等价的东西?


当前回答

我们可以使用std::is_base_of和std::enable_if: (static_assert可以被删除,如果不能引用type_traits,上面的类可以自定义实现或从boost中使用)

#include <type_traits>
#include <list>

class Base {};
class Derived: public Base {};

#if 0   // wrapper
template <class T> class MyClass /* where T:Base */ {
private:
    static_assert(std::is_base_of<Base, T>::value, "T is not derived from Base");
    typename std::enable_if<std::is_base_of<Base, T>::value, T>::type inner;
};
#elif 0 // base class
template <class T> class MyClass: /* where T:Base */
    protected std::enable_if<std::is_base_of<Base, T>::value, T>::type {
private:
    static_assert(std::is_base_of<Base, T>::value, "T is not derived from Base");
};
#elif 1 // list-of
template <class T> class MyClass /* where T:list<Base> */ {
    static_assert(std::is_base_of<Base, typename T::value_type>::value , "T::value_type is not derived from Base");
    typedef typename std::enable_if<std::is_base_of<Base, typename T::value_type>::value, T>::type base; 
    typedef typename std::enable_if<std::is_base_of<Base, typename T::value_type>::value, T>::type::value_type value_type;

};
#endif

int main() {
#if 0   // wrapper or base-class
    MyClass<Derived> derived;
    MyClass<Base> base;
//  error:
    MyClass<int> wrong;
#elif 1 // list-of
    MyClass<std::list<Derived>> derived;
    MyClass<std::list<Base>> base;
//  error:
    MyClass<std::list<int>> wrong;
#endif
//  all of the static_asserts if not commented out
//  or "error: no type named ‘type’ in ‘struct std::enable_if<false, ...>’ pointing to:
//  1. inner
//  2. MyClass
//  3. base + value_type
}

其他回答

c++ 20概念使用示例

改编自https://en.cppreference.com/w/cpp/language/constraints,你可以只做一些鸭子打字:

#include <cassert>
#include <concepts>

struct ClassWithMyFunc {
    int myFunc() {
        return 1;
    }
};

struct ClassWithoutMyFunc {};

// Concept HasMyFunc: type 'T' has `.myFunc` and
// its return is convertible to int.
template<typename T>
concept HasMyFunc= requires(T a) {
    { a.myFunc() } -> std::convertible_to<int>;
};

// Constrained function template
template<HasMyFunc T>
int f(T t) {
    return t.myFunc() + 1;
}

int main() {
    assert(f(ClassWithMyFunc()) == 2);
    // assert(f(ClassWithoutMyFunc()) == 2);
}

编译并运行:

g++ -ggdb3 -O0 -std=c++20 -Wall -Wextra -pedantic -o main.out main.cpp
./main.out

如果取消注释// assert(f(ClassWithoutMyFunc()) == 2);,它会像预期的那样失败:

In file included from /usr/include/c++/10/cassert:44,
                 from main.cpp:1:
main.cpp: In function ‘int main()’:
main.cpp:27:34: error: use of function ‘int f(T) [with T = ClassWithoutMyFunc]’ with unsatisfied constraints
   27 |     assert(f(ClassWithoutMyFunc()) == 2);
      |                                  ^
main.cpp:21:5: note: declared here
   21 | int f(T t) {
      |     ^
main.cpp:21:5: note: constraints not satisfied
main.cpp: In instantiation of ‘int f(T) [with T = ClassWithoutMyFunc]’:
main.cpp:27:5:   required from here
main.cpp:15:9:   required for the satisfaction of ‘HasMyFunc<T>’ [with T = ClassWithoutMyFunc]
main.cpp:15:20:   in requirements with ‘T a’ [with T = ClassWithoutMyFunc]
main.cpp:16:15: note: the required expression ‘a.myFunc()’ is invalid
   16 |     { a.myFunc() } -> std::convertible_to<int>;
      |       ~~~~~~~~^~
cc1plus: note: set ‘-fconcepts-diagnostics-depth=’ to at least 2 for more detail

需要多个基类

如果你真的想要某个基类:

#include <concepts>
#include <type_traits>

struct Base1 {};
struct Base2 {};

struct Derived1 : public Base1 {};
struct Derived2 : public Base2 {};

struct NotDerived {};

template<typename T>
concept HasBase1Or2= std::is_base_of<Base1, T>::value || std::is_base_of<Base2, T>::value;

template<HasBase1Or2 T>
void f(T) {}

int main() {
    f(Derived1());
    f(Derived2());
    // f(NotDerived());
}

如果取消注释// f(NotDerived());它在以下情况下失败:

main.cpp: In function ‘int main()’:
main.cpp:22:19: error: use of function ‘void f(T) [with T = NotDerived]’ with unsatisfied constraints
   22 |     f(NotDerived());
      |                   ^
main.cpp:17:6: note: declared here
   17 | void f(T) {}
      |      ^
main.cpp:17:6: note: constraints not satisfied
main.cpp: In instantiation of ‘void f(T) [with T = NotDerived]’:
main.cpp:22:19:   required from here
main.cpp:13:9:   required for the satisfaction of ‘HasBase1Or2<T>’ [with T = NotDerived]
main.cpp:13:55: note: no operand of the disjunction is satisfied
   13 | concept HasBase1Or2= std::is_base_of<Base1, T>::value ||
      |                                                 ~~~~~~^~
   14 |                      std::is_base_of<Base2, T>::value;
      |                      ~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~  
cc1plus: note: set ‘-fconcepts-diagnostics-depth=’ to at least 2 for more detail

在Ubuntu 21.04 GCC 10.3.0上测试。

GCC 10似乎已经实现了它:https://gcc.gnu.org/gcc-10/changes.html,你可以在Ubuntu 20.04上获得它作为一个PPA。https://godbolt.org/ GCC 10.1无法在Ubuntu 20.04上识别概念。

最简单的解决办法是忽略这个问题,虽然还没有人提到过。如果我试图在一个期望容器类(如vector或list)的函数模板中使用int作为模板类型,那么我将得到一个编译错误。粗暴而简单,但它解决了问题。编译器将尝试使用您指定的类型,如果失败,则生成编译错误。

唯一的问题是,您得到的错误消息将很难阅读。然而,这是一种非常常见的方法。标准库中充满了函数或类模板,它们期望从模板类型中获得某些行为,而不做任何检查所使用的类型是否有效的工作。

如果您想要更好的错误消息(或者如果您想要捕捉不会产生编译器错误,但仍然没有意义的情况),您可以根据您想要的复杂程度,使用Boost的静态断言或Boost concept_check库。

使用最新的编译器,可以使用内置的static_assert。

没有用于此类类型检查的关键字,但你可以放入一些至少会以有序方式失败的代码:

(1)如果你想让一个函数模板只接受某个基类X的参数,将它赋给函数中的X引用。 (2)如果你想接受函数但不接受原语,反之亦然,或者你想用其他方式过滤类,在你的函数中调用一个(空的)模板帮助函数,它只为你想接受的类定义。

你也可以在一个类的成员函数中使用(1)和(2)对整个类强制进行这些类型检查。

你可以把它放到一些智能宏来减轻你的痛苦。:)

这在普通c++中是不可能的,但是你可以在编译时通过概念检查来验证模板参数,例如使用Boost的BCCL。

从c++ 20开始,概念开始成为该语言的官方特性。

执行摘要:不要那样做。

J_random_hacker的答案告诉您如何做到这一点。然而,我也想指出,你不应该这样做。模板的全部意义在于它们可以接受任何兼容的类型,而Java样式类型约束打破了这一点。

Java的类型约束是一个错误,而不是一个特性。它们存在的原因是Java对泛型进行了类型擦除,因此Java无法弄清楚如何仅根据类型参数的值调用方法。

另一方面,c++没有这样的限制。模板形参类型可以是与使用它们的操作兼容的任何类型。不需要有一个公共基类。这类似于Python的“Duck Typing”,但在编译时完成。

一个简单的例子展示了模板的力量:

// Sum a vector of some type.
// Example:
// int total = sum({1,2,3,4,5});
template <typename T>
T sum(const vector<T>& vec) {
    T total = T();
    for (const T& x : vec) {
        total += x;
    }
    return total;
}

这个求和函数可以对支持正确运算的任何类型的向量求和。它既适用于int/long/float/double等原语,也适用于重载+=操作符的用户定义数字类型。你甚至可以使用这个函数来连接字符串,因为它们支持+=。

不需要对基本类型进行装箱/解装箱。

注意,它还使用T()构造T的新实例。这在使用隐式接口的c++中是微不足道的,但在使用类型约束的Java中是不可能的。

虽然c++模板没有显式的类型约束,但它们仍然是类型安全的,并且不会使用不支持正确操作的代码进行编译。