如何约束模板参数以符合 std::map 中的键？

Question

我有一个类模板，打算使用其参数 K 作为映射的键。

有没有办法限制模板参数为符合std::map中Key的类型？

我意识到即使没有这样的约束，编译器也会吐出一堆模板错误，例如K 没有运算符 < ()，但如果我能让我的代码在指定需求时更加明显，那就太好了。

欢迎使用 C++11 解决方案。

template< typename K >
class Foo
{
  // lots of other code here...

  private:
    std::map< K, size_t > m_map;
};

Answer 1

这取决于您所说的“符合”是什么意思。如果您想验证 K 是否具有 < 运算符，那么您可以尝试 Boost 概念检查库。

#include "boost/concept_check.hpp"

template< typename K >
class Foo
{
  BOOST_CONCEPT_ASSERT((boost::LessThanComparable< K >));

  // lots of other code here...

  private:
    std::map< K, size_t > m_map;
};

但是，如果您想验证 < 是否在 K 上定义了 StrictWeakOrdering，则需要在所有可能的输入下测试运行时行为。

Answer 2

C++11 版本：

#include <type_traits>

template<class T>
struct satisfies_key_req{
  struct nat{};

  template<class K> static auto test(K* k) -> decltype(*k < *k);
  template<class K> static nat  test(...);

  static bool const value = !std::is_same<decltype(test<T>(0)), nat>::value;
};

#include <iostream>

struct foo{};

int main(){
    static bool const b = satisfies_key_req<int>::value;
    std::cout << b << '\n';
    static bool const b2 = satisfies_key_req<foo>::value;
    std::cout << b2 << '\n';
}

输出：

1
0

---

我在这里使用的关键点是表达式 SFINAE： auto test(K* k) -> decltype(*k < *k)。如果 Trailing-return-type 中的表达式无效，则 test 的这个特定重载将从重载集中删除。换句话说，它是SFINAE'd。

§14.8.2 [温度扣除]

p6 在模板参数推导过程中的某些时刻，有必要采用使用模板参数的函数类型，并将这些模板参数替换为相应的模板参数。这是在当任何显式指定的模板参数被替换为函数类型时，模板参数推导开始，并且当从默认参数推导或获取的任何模板参数被替换时，再次在模板参数推导结束。< /p>

p7 替换发生在函数类型和模板参数声明中使用的所有类型和表达式中。 表达式不仅包括常量表达式，例如出现在数组边界中或作为非类型模板参数的常量表达式，还包括通用表达式（即非常量表达式）内部 sizeof、decltype 以及其他允许非常量表达式的上下文。

p8 如果替换导致无效类型或表达式，则类型推导失败。无效类型或表达式是指如果使用替换参数编写的类型或表达式，其格式会不正确。 [...]

---

您可以在 Foo 类中以三种方式使用它来触发错误。

// static_assert, arguably the best choice
template< typename K >
class Foo
{
  static_assert<satisfies_key_req<K>::value, "K does not satisfy key requirements");
  // lots of other code here...

  private:
    std::map< K, size_t > m_map;
};

// new-style SFINAE'd, maybe not really clear
template<
  typename K,
  typename = typename std::enable_if<
               satisfies_key_req<K>::value
             >::type
>
class Foo
{
  // lots of other code here...

  private:
    std::map< K, size_t > m_map;
};

// partial specialization, clarity similar to SFINAE approach
template< 
  typename K,
  bool = satisfies_key_req<K>::value
>
class Foo
{
  // lots of other code here...

  private:
    std::map< K, size_t > m_map;
};

template<typename K>
class Foo<K, false>;

Answer 3

完全解决您的问题可能是不可能的。但我可以建议你一个解决方案，如果你想将 K 限制为特定类型，你可以按如下方式定义你的类

template <class K, bool = std::is_same<K,int>::value>
class Foo { ... };

template <class K>
class Foo<K,false> { Foo(); };

所以如果 K 是 int 你的类按预期工作。否则，您无法构造 Foo 类型的对象。显然你可以完善条件。

要检查 K 是否具有 operator<，您可以使用 boost::has_less，但您可以在 文档此特征并不总是能正常工作。

Answer 4

从你的问题来看，我猜你想要一个合适的错误，而不是一大堆错误。

以下代码查找类型是否具有有效的运算符<：

namespace OperatorExist
{
  typedef char no[3]; // '3' can be any awkward number
  template<typename T> no& operator < (const T&, const T&);

  template<typename T>
  struct LessThan {
    static const bool value = (sizeof(*(T*)(0) < *(T*)(0)) != sizeof(no));
  };
}

现在，您可以使用上述构造专门化class Foo：

template<typename K, bool = OperatorExist::LessThan<K>::value>
class Foo 
{
  // lots of other code here...
  private:
    std::map<K, size_t> m_map;
};

template<typename K>
class Foo<K, false>; // unimplemented for types not suitable for 'std::map'

只要您使用某种类型< code>A 与 std::map 不兼容，编译器会报错：

error: aggregate ‘Foo<A> oa’ has incomplete type and cannot be defined

演示