是否有可能编写一个模板,根据某个成员函数是否定义在类上而改变行为?

下面是我想写的一个简单的例子:

template<class T>
std::string optionalToString(T* obj)
{
    if (FUNCTION_EXISTS(T->toString))
        return obj->toString();
    else
        return "toString not defined";
}

因此,如果类T定义了toString(),那么它就使用它;否则,它就不会。我不知道如何做的神奇部分是“FUNCTION_EXISTS”部分。


当前回答

好吧,这个问题已经有一长串的答案了,但是我想强调一下Morwenn的评论:c++ 17有一个提案让它变得非常简单。有关详细信息,请参阅N4502,但作为一个自包含的示例,请考虑以下内容。

这部分是常量部分,放在头文件中。

// See http://www.open-std.org/jtc1/sc22/wg21/docs/papers/2015/n4502.pdf.
template <typename...>
using void_t = void;

// Primary template handles all types not supporting the operation.
template <typename, template <typename> class, typename = void_t<>>
struct detect : std::false_type {};

// Specialization recognizes/validates only types supporting the archetype.
template <typename T, template <typename> class Op>
struct detect<T, Op, void_t<Op<T>>> : std::true_type {};

然后是变量部分,在此指定要查找的内容(类型、成员类型、函数、成员函数等)。就OP而言:

template <typename T>
using toString_t = decltype(std::declval<T>().toString());

template <typename T>
using has_toString = detect<T, toString_t>;

下面的例子取自N4502,展示了一个更精细的探针:

// Archetypal expression for assignment operation.
template <typename T>
using assign_t = decltype(std::declval<T&>() = std::declval<T const &>())

// Trait corresponding to that archetype.
template <typename T>
using is_assignable = detect<T, assign_t>;

与上面描述的其他实现相比,这个实现相当简单:减少了工具集(void_t和detect)就足够了,不需要复杂的宏。此外,据报道(参见N4502),它比以前的方法更有效(编译时间和编译器内存消耗)。

这里有一个活生生的例子。它与Clang一起工作得很好,但不幸的是,5.1之前的GCC版本遵循了对c++ 11标准的不同解释,这导致void_t不能按预期工作。Yakk已经提供了解决方案:使用以下定义的void_t (void_t在参数列表中有效,但不能作为返回类型):

#if __GNUC__ < 5 && ! defined __clang__
// https://stackoverflow.com/a/28967049/1353549
template <typename...>
struct voider
{
  using type = void;
};
template <typename...Ts>
using void_t = typename voider<Ts...>::type;
#else
template <typename...>
using void_t = void;
#endif

其他回答

我知道这个问题已经存在多年了,但我认为对像我这样的人来说,有一个更完整的更新的答案是有用的,它也适用于const重载方法,如std::vector::begin。

基于这个答案和我接下来的问题,这里有一个更完整的答案。注意,这只适用于c++ 11及更高版本。

#include <iostream>
#include <vector>

class EmptyClass{};

template <typename T>
class has_begin
{
    private:
    has_begin() = delete;
    
    struct one { char x[1]; };
    struct two { char x[2]; };

    template <typename C> static one test( decltype(void(std::declval<C &>().begin())) * ) ;
    template <typename C> static two test(...);    

public:
    static constexpr bool value = sizeof(test<T>(0)) == sizeof(one);
};
    
int main(int argc, char *argv[])
{
    std::cout << std::boolalpha;
    std::cout << "vector<int>::begin() exists: " << has_begin<std::vector<int>>::value << std::endl;
    std::cout << "EmptyClass::begin() exists: " << has_begin<EmptyClass>::value << std::endl;
    return 0;
}

或者更短的版本:

#include <iostream>
#include <vector>

class EmptyClass{};

template <typename T, typename = void>
struct has_begin : std::false_type {};

template <typename T>
struct has_begin<T, decltype(void(std::declval<T &>().begin()))> : std::true_type {};

int main(int argc, char *argv[])
{
    std::cout << std::boolalpha;
    std::cout << "vector<int>::begin() exists: " << has_begin<std::vector<int>>::value << std::endl;
    std::cout << "EmptyClass exists: " << has_begin<EmptyClass>::value << std::endl;
}

注意,这里必须提供一个完整的示例调用。这意味着如果我们测试resize方法是否存在,那么我们将输入resize(0)。

深魔解释:

这个问题的第一个答案使用了test(decltype(&C::helloworld));然而,当它所测试的方法由于const重载而模棱两可时,这就有问题了,从而导致替换尝试失败。

为了解决这种模糊性,我们使用了一个void语句,它可以接受任何参数,因为它总是被转换为noop,因此模糊性是无效的,并且只要方法存在,调用就有效:

has_begin<T, decltype(void(std::declval<T &>().begin()))>

以下是依次发生的事情: 我们使用std::declval<T &>()来创建一个可调用值,然后可以调用begin。在此之后,begin的值作为参数传递给void语句。然后使用内置decltype检索该void表达式的类型,以便将其用作模板类型参数。如果begin不存在,则替换无效,根据SFINAE,将使用其他声明。

这是一个c++ 11的解决方案,用于解决“如果我做X,它会编译吗?”

template<class> struct type_sink { typedef void type; }; // consumes a type, and makes it `void`
template<class T> using type_sink_t = typename type_sink<T>::type;
template<class T, class=void> struct has_to_string : std::false_type {}; \
template<class T> struct has_to_string<
  T,
  type_sink_t< decltype( std::declval<T>().toString() ) >
>: std::true_type {};

Trait has_to_string使得has_to_string<T>::value为true当且仅当T有一个方法. tostring,该方法在此上下文中可以用0参数调用。

接下来,我将使用标签调度:

namespace details {
  template<class T>
  std::string optionalToString_helper(T* obj, std::true_type /*has_to_string*/) {
    return obj->toString();
  }
  template<class T>
  std::string optionalToString_helper(T* obj, std::false_type /*has_to_string*/) {
    return "toString not defined";
  }
}
template<class T>
std::string optionalToString(T* obj) {
  return details::optionalToString_helper( obj, has_to_string<T>{} );
}

它比复杂的SFINAE表达式更易于维护。

如果你发现自己经常这样做,你可以用宏来写这些特征,但它们相对简单(每个只有几行),所以可能不值得这样做:

#define MAKE_CODE_TRAIT( TRAIT_NAME, ... ) \
template<class T, class=void> struct TRAIT_NAME : std::false_type {}; \
template<class T> struct TRAIT_NAME< T, type_sink_t< decltype( __VA_ARGS__ ) > >: std::true_type {};

上面所做的是创建一个宏MAKE_CODE_TRAIT。你向它传递你想要的trait的名字,以及一些可以测试类型t的代码。

MAKE_CODE_TRAIT( has_to_string, std::declval<T>().toString() )

创建上述特征类。

作为题外话,上面的技术是MS所谓的“表达式SFINAE”的一部分,他们的2013编译器失败相当严重。

注意,在c++ 1y中,以下语法是可能的:

template<class T>
std::string optionalToString(T* obj) {
  return compiled_if< has_to_string >(*obj, [&](auto&& obj) {
    return obj.toString();
  }) *compiled_else ([&]{ 
    return "toString not defined";
  });
}

这是一个内联编译条件分支,滥用了大量c++特性。这样做可能是不值得的,因为(代码内联的)好处不值得付出代价(几乎没有人理解它是如何工作的),但是上述解决方案的存在可能会引起人们的兴趣。

这是c++ 17中另一种实现方法(灵感来自boost:hana)。

该解决方案不需要has_something<T> SFINAE类型trait类。

解决方案

////////////////////////////////////////////
// has_member implementation
////////////////////////////////////////////

#include <type_traits>

template<typename T, typename F>
constexpr auto has_member_impl(F&& f) -> decltype(f(std::declval<T>()), true)
{
  return true;
}

template<typename>
constexpr bool has_member_impl(...) { return false; }

#define has_member(T, EXPR) \
 has_member_impl<T>( [](auto&& obj)->decltype(obj.EXPR){} )

Test

////////////////////////////////////////////
// Test
////////////////////////////////////////////

#include <iostream>
#include <string>

struct Example {
    int Foo;
    void Bar() {}
    std::string toString() { return "Hello from Example::toString()!"; }
};

struct Example2 {
    int X;
};

template<class T>
std::string optionalToString(T* obj)
{
    if constexpr(has_member(T, toString()))
        return obj->toString();
    else
        return "toString not defined";
}

int main() {
    static_assert(has_member(Example, Foo), 
                  "Example class must have Foo member");
    static_assert(has_member(Example, Bar()), 
                  "Example class must have Bar() member function");
    static_assert(!has_member(Example, ZFoo), 
                  "Example class must not have ZFoo member.");
    static_assert(!has_member(Example, ZBar()), 
                  "Example class must not have ZBar() member function");

    Example e1;
    Example2 e2;

    std::cout << "e1: " << optionalToString(&e1) << "\n";
    std::cout << "e1: " << optionalToString(&e2) << "\n";
}

下面是我的版本,它可以任意处理所有可能的成员函数重载,包括模板成员函数,可能带有默认实参。当成员函数调用某个类类型时,它区分了3种互斥的情况,给定的arg类型:(1)有效,或(2)模糊,或(3)不可用。使用示例:

#include <string>
#include <vector>

HAS_MEM(bar)
HAS_MEM_FUN_CALL(bar)

struct test
{
   void bar(int);
   void bar(double);
   void bar(int,double);

   template < typename T >
   typename std::enable_if< not std::is_integral<T>::value >::type
   bar(const T&, int=0){}

   template < typename T >
   typename std::enable_if< std::is_integral<T>::value >::type
   bar(const std::vector<T>&, T*){}

   template < typename T >
   int bar(const std::string&, int){}
};

现在你可以这样使用它:

int main(int argc, const char * argv[])
{
   static_assert( has_mem_bar<test>::value , "");

   static_assert( has_valid_mem_fun_call_bar<test(char const*,long)>::value , "");
   static_assert( has_valid_mem_fun_call_bar<test(std::string&,long)>::value , "");

   static_assert( has_valid_mem_fun_call_bar<test(std::vector<int>, int*)>::value , "");
   static_assert( has_no_viable_mem_fun_call_bar<test(std::vector<double>, double*)>::value , "");

   static_assert( has_valid_mem_fun_call_bar<test(int)>::value , "");
   static_assert( std::is_same<void,result_of_mem_fun_call_bar<test(int)>::type>::value , "");

   static_assert( has_valid_mem_fun_call_bar<test(int,double)>::value , "");
   static_assert( not has_valid_mem_fun_call_bar<test(int,double,int)>::value , "");

   static_assert( not has_ambiguous_mem_fun_call_bar<test(double)>::value , "");
   static_assert( has_ambiguous_mem_fun_call_bar<test(unsigned)>::value , "");

   static_assert( has_viable_mem_fun_call_bar<test(unsigned)>::value , "");
   static_assert( has_viable_mem_fun_call_bar<test(int)>::value , "");

   static_assert( has_no_viable_mem_fun_call_bar<test(void)>::value , "");

   return 0;
}

下面是用c++11编写的代码,但是,你可以很容易地将它移植到具有typeof扩展的非c++11(例如gcc)。你可以用你自己的宏替换HAS_MEM宏。

#pragma once

#if __cplusplus >= 201103

#include <utility>
#include <type_traits>

#define HAS_MEM(mem)                                                                                     \
                                                                                                     \
template < typename T >                                                                               \
struct has_mem_##mem                                                                                  \
{                                                                                                     \
  struct yes {};                                                                                     \
  struct no  {};                                                                                     \
                                                                                                     \
  struct ambiguate_seed { char mem; };                                                               \
  template < typename U > struct ambiguate : U, ambiguate_seed {};                                   \
                                                                                                     \
  template < typename U, typename = decltype(&U::mem) > static constexpr no  test(int);              \
  template < typename                                 > static constexpr yes test(...);              \
                                                                                                     \
  static bool constexpr value = std::is_same<decltype(test< ambiguate<T> >(0)),yes>::value ;         \
  typedef std::integral_constant<bool,value>    type;                                                \
};


#define HAS_MEM_FUN_CALL(memfun)                                                                         \
                                                                                                     \
template < typename Signature >                                                                       \
struct has_valid_mem_fun_call_##memfun;                                                               \
                                                                                                     \
template < typename T, typename... Args >                                                             \
struct has_valid_mem_fun_call_##memfun< T(Args...) >                                                  \
{                                                                                                     \
  struct yes {};                                                                                     \
  struct no  {};                                                                                     \
                                                                                                     \
  template < typename U, bool = has_mem_##memfun<U>::value >                                         \
  struct impl                                                                                        \
  {                                                                                                  \
     template < typename V, typename = decltype(std::declval<V>().memfun(std::declval<Args>()...)) > \
     struct test_result { using type = yes; };                                                       \
                                                                                                     \
     template < typename V > static constexpr typename test_result<V>::type test(int);               \
     template < typename   > static constexpr                            no test(...);               \
                                                                                                     \
     static constexpr bool value = std::is_same<decltype(test<U>(0)),yes>::value;                    \
     using type = std::integral_constant<bool, value>;                                               \
  };                                                                                                 \
                                                                                                     \
  template < typename U >                                                                            \
  struct impl<U,false> : std::false_type {};                                                         \
                                                                                                     \
  static constexpr bool value = impl<T>::value;                                                      \
  using type = std::integral_constant<bool, value>;                                                  \
};                                                                                                    \
                                                                                                     \
template < typename Signature >                                                                       \
struct has_ambiguous_mem_fun_call_##memfun;                                                           \
                                                                                                     \
template < typename T, typename... Args >                                                             \
struct has_ambiguous_mem_fun_call_##memfun< T(Args...) >                                              \
{                                                                                                     \
  struct ambiguate_seed { void memfun(...); };                                                       \
                                                                                                     \
  template < class U, bool = has_mem_##memfun<U>::value >                                            \
  struct ambiguate : U, ambiguate_seed                                                               \
  {                                                                                                  \
    using ambiguate_seed::memfun;                                                                    \
    using U::memfun;                                                                                 \
  };                                                                                                 \
                                                                                                     \
  template < class U >                                                                               \
  struct ambiguate<U,false> : ambiguate_seed {};                                                     \
                                                                                                     \
  static constexpr bool value = not has_valid_mem_fun_call_##memfun< ambiguate<T>(Args...) >::value; \
  using type = std::integral_constant<bool, value>;                                                  \
};                                                                                                    \
                                                                                                     \
template < typename Signature >                                                                       \
struct has_viable_mem_fun_call_##memfun;                                                              \
                                                                                                     \
template < typename T, typename... Args >                                                             \
struct has_viable_mem_fun_call_##memfun< T(Args...) >                                                 \
{                                                                                                     \
  static constexpr bool value = has_valid_mem_fun_call_##memfun<T(Args...)>::value                   \
                             or has_ambiguous_mem_fun_call_##memfun<T(Args...)>::value;              \
  using type = std::integral_constant<bool, value>;                                                  \
};                                                                                                    \
                                                                                                     \
template < typename Signature >                                                                       \
struct has_no_viable_mem_fun_call_##memfun;                                                           \
                                                                                                     \
template < typename T, typename... Args >                                                             \
struct has_no_viable_mem_fun_call_##memfun < T(Args...) >                                             \
{                                                                                                     \
  static constexpr bool value = not has_viable_mem_fun_call_##memfun<T(Args...)>::value;             \
  using type = std::integral_constant<bool, value>;                                                  \
};                                                                                                    \
                                                                                                     \
template < typename Signature >                                                                       \
struct result_of_mem_fun_call_##memfun;                                                               \
                                                                                                     \
template < typename T, typename... Args >                                                             \
struct result_of_mem_fun_call_##memfun< T(Args...) >                                                  \
{                                                                                                     \
  using type = decltype(std::declval<T>().memfun(std::declval<Args>()...));                          \
};

#endif

下面是工作代码的示例。

template<typename T>
using toStringFn = decltype(std::declval<const T>().toString());

template <class T, toStringFn<T>* = nullptr>
std::string optionalToString(const T* obj, int)
{
    return obj->toString();
}

template <class T>
std::string optionalToString(const T* obj, long)
{
    return "toString not defined";
}

int main()
{
    A* a;
    B* b;

    std::cout << optionalToString(a, 0) << std::endl; // This is A
    std::cout << optionalToString(b, 0) << std::endl; // toString not defined
}

toStringFn<T>* = nullptr将启用带有额外int参数的函数,该函数的优先级高于使用0调用时需要很长时间的函数。

你可以对函数使用相同的原则,如果函数被实现,返回true。

template <typename T>
constexpr bool toStringExists(long)
{
    return false;
}

template <typename T, toStringFn<T>* = nullptr>
constexpr bool toStringExists(int)
{
    return true;
}


int main()
{
    A* a;
    B* b;

    std::cout << toStringExists<A>(0) << std::endl; // true
    std::cout << toStringExists<B>(0) << std::endl; // false
}