使用 decltype/SFINAE 检测运算符支持

Question

一篇（有些）过时的文章探讨了使用decltype 与 SFINAE 一起检测类型是否支持某些运算符，例如 == 或 <。

下面是检测类是否支持 < 运算符的示例代码：

template <class T>
struct supports_less_than
{
    static auto less_than_test(const T* t) -> decltype(*t < *t, char(0))
    { }

    static std::array<char, 2> less_than_test(...) { }

    static const bool value = (sizeof(less_than_test((T*)0)) == 1);
};

int main()
{
    std::cout << std::boolalpha << supports_less_than<std::string>::value << endl;
}

输出 true，因为 std::string 当然支持 >< 运算符。但是，如果我尝试将它与不支持 < 运算符的类一起使用，则会收到编译器错误：

error: no match for ‘operator<’ in ‘* t < * t’

因此 SFINAE 在此不起作用。我在 GCC 4.4 和 GCC 4.6 上尝试过，两者都表现出相同的行为。那么，是否可以通过这种方式使用SFINAE来检测类型是否支持某些表达式呢？

Answer 1

在 C++11 中，我发现的最短最通用的解决方案是：

#include <type_traits>

template<class T, class = decltype(std::declval<T>() < std::declval<T>() )> 
std::true_type  supports_less_than_test(const T&);
std::false_type supports_less_than_test(...);

template<class T> using supports_less_than = decltype(supports_less_than_test(std::declval<T>()));

#include<iostream>
struct random_type{};
int main(){
    std::cout << supports_less_than<double>::value << std::endl; // prints '1'
    std::cout << supports_less_than<int>::value << std::endl; // prints '1'
    std::cout << supports_less_than<random_type>::value << std::endl; // prints '0'
}

与 g++ 4.8.1 和 clang++ 3.3 配合使用

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针对任意运算符的更通用的解决方案（更新 2014）

有一个更通用的解决方案，它利用了这样一个事实：所有内置运算符都可以通过 STD 运算符包装器访问（并且可能是专门化的），例如 std::less （二进制）或 std::negate （一元）。

template<class F, class... T, typename = decltype(std::declval<F>()(std::declval<T>()...))> 
std::true_type  supports_test(const F&, const T&...);
std::false_type supports_test(...);

template<class> struct supports;
template<class F, class... T> struct supports<F(T...)> 
: decltype(supports_test(std::declval<F>(), std::declval<T>()...)){};

这可以以非常通用的方式使用，特别是在 C++14 中，其中类型推导被延迟到运算符包装器调用（“透明运算符”）。

对于二元运算符，它可以用作：

#include<iostream>
struct random_type{};
int main(){
    std::cout << supports<std::less<>(double, double)>::value << std::endl; // '1'
    std::cout << supports<std::less<>(int, int)>::value << std::endl; // '1'
    std::cout << supports<std::less<>(random_type, random_type)>::value << std::endl; // '0'
}

对于一元运算符：（

#include<iostream>
struct random_type{};
int main(){
    std::cout << supports<std::negate<>(double)>::value << std::endl; // '1'
    std::cout << supports<std::negate<>(int)>::value << std::endl; // '1'
    std::cout << supports<std::negate<>(random_type)>::value << std::endl; // '0'
}

使用 C++11 标准库有点复杂，因为实例化 decltype(std::less()(. ..)) 即使没有为 random_type 定义操作，也可以在 C++11 中实现手动透明运算符，这是 C++14 中的标准）

语法非常简单光滑的。我希望标准中采用这样的内容。

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两个扩展：

1）它可以检测原始函数应用程序：

struct random_type{};
random_type fun(random_type x){return x;}
int main(){
    std::cout << supports<decltype(&fun)(double)>::value << std::endl; // '0'
    std::cout << supports<decltype(&fun)(int)>::value << std::endl; // '0'
    std::cout << supports<decltype(&fun)(random_type)>::value << std::endl; // '1'
}

2）它还可以检测结果是否可转换/可与某种类型进行比较，在本例中为 double double <支持 double，但会返回编译时 false，因为结果不是指定的结果。

std::cout << supports<std::equal_to<>(std::result_of<std::less<>(double, double)>::type, random_type)>::value << std::endl; // '0'

注意：我只是尝试在 http://melpon.org 中使用 C++14 编译代码/wandbox/ 但它不起作用。我认为该实现（clang++ 3.5 c++14）中的透明运算符（例如 std::less<>）存在问题，因为当我实现自己的 less<> 时;自动扣除效果很好。

Answer 2

您需要将 less_than_test 函数设为模板，因为 SFINAE 代表替换失败不是错误，并且代码中没有可能导致选择失败的模板函数。

template <class T>
struct supports_less_than
{
    template <class U>
    static auto less_than_test(const U* u) -> decltype(*u < *u, char(0))
    { }

    static std::array<char, 2> less_than_test(...) { }

    static const bool value = (sizeof(less_than_test((T*)0)) == 1);
};

int main()
{
    std::cout << std::boolalpha << supports_less_than<std::string>::value << endl;
}

Answer 3

这是 C++0x，我们不再需要基于 sizeof 的技巧...;-]

#include <type_traits>
#include <utility>

namespace supports
{
    namespace details
    {
        struct return_t { };
    }

    template<typename T>
    details::return_t operator <(T const&, T const&);

    template<typename T>
    struct less_than : std::integral_constant<
        bool,
        !std::is_same<
            decltype(std::declval<T const&>() < std::declval<T const&>()),
            details::return_t
        >::value
    > { };
}

（这是基于 iammilind 的答案，但不需要 T< /code> 的 operator< 返回类型的大小与 long long 不同，并且不要求 T 可以默认构造。 ）

Answer 4

下面的简单代码满足您的要求（如果您不想编译错误）：

namespace supports {
  template<typename T>  // used if T doesn't have "operator <" associated
  const long long operator < (const T&, const T&);

  template <class T>
  struct less_than {
    T t;
    static const bool value = (sizeof(t < t) != sizeof(long long));
  };  
}

用法：

supports::less_than<std::string>::value ====> true;  // ok
supports::less_than<Other>::value ====> false;  // ok: no error

[注意：如果您希望没有 operator < 的类编译错误，那么很容易用很少的代码生成代码行。]

Answer 5

@xDD确实是正确的，尽管他的例子有点错误。

这在 ideone 上编译：

#include <array>
#include <iostream>

struct Support {}; bool operator<(Support,Support) { return false; }
struct DoesNotSupport{};

template <class T>
struct supports_less_than
{
  template <typename U>
  static auto less_than_test(const U* u) -> decltype(*u < *u, char(0))
  { }

  static std::array<char, 2> less_than_test(...) { }

  static const bool value = (sizeof(less_than_test((T*)0)) == 1);
};

int main()
{
  std::cout << std::boolalpha << supports_less_than<Support>::value << std::endl;
  std::cout << std::boolalpha <<
     supports_less_than<DoesNotSupport>::value << std::endl;
}

并产生：

true
false

请参阅此处实际操作。

重点是 SFINAE 仅适用于模板函数。