如何检查在编译时是否调用了模板化方法？

问题描述 投票：7回答：2

我正在写一个实体entity component system game engine。作为其中的一部分，我编写了一个Manager类，它将注册各种IBase实现，稍后，允许我实例化这些实现。请参阅下面的示例，了解我希望如何使用它。

class Manager{
    public:
        template<class T>
        void registerDerived()
        { /*Register a Derived with the Manager*/ };

        template<class T>
        T createDerived()
        {   /*if T is not registered, throw an error*/
            return T();};
};

struct IBase{
};

struct Derived1 : public IBase{
};

struct Derived2 : public IBase{
};

正如评论中所指出的，我在template<class T>Manager::createDerived()中有代码，它检查Base的特定实现是否已使用template<class T>Manager::registerDerived()注册，如果它尚未注册，则会抛出错误。这个检查是微不足道的，并且不在代码示例中以保持简单。

这是我的问题：是否可以将此检查移至编译时，而不是等到运行时？似乎在运行时应该有足够的信息来做出这个决定。

到目前为止，我已经探索/阅读了SFINAE，这似乎是采取的方法，但我无法弄清楚如何使这些习语在这种特定情况下起作用。 This link给出了基本SFINAE习语的一个很好的概述，this SO问题提供了一些很好的代码片段，最后This blog post似乎几乎解决了我的确切情况。

以下是我尝试实现这些链接中的信息的完整示例：

#include <iostream>

class Manager{
    public:
        template<class T>
        void registerDerived()
        { /*Register a Derived with the Manager*/ }

        template<class T>
        T createDerived()
        {   /*if T is not registered, throw an error*/
            return T();}
};

struct IBase{
};

struct Derived1 : public IBase{
};

struct Derived2 : public IBase{
};


template<typename T>
struct hasRegisterDerivedMethod{
    template <class, class> class checker;

    template <typename C>
    static std::true_type test(checker<C, decltype(&Manager::template registerDerived<T>)> *);

    template <typename C>
    static std::false_type test(...);

    typedef decltype(test<T>(nullptr)) type;
    static const bool value = std::is_same<std::true_type, decltype(test<T>(nullptr))>::value;
};


int main(){
    Manager myManager;
    myManager.registerDerived<Derived1>();
    // whoops, forgot to register Derived2!
    Derived1 d1 = myManager.createDerived<Derived1>(); // compiles fine, runs fine. This is expected.
    Derived2 d2 = myManager.createDerived<Derived2>(); // compiles fine, fails at runtime (due to check in createDerived)

    std::cout << std::boolalpha;

    // expect true, actual true
    std::cout << "Derived1 check = " << hasRegisterDerivedMethod<Derived1>::value << std::endl;
    // expect false, actual true
    std::cout << "Derived2 check = " << hasRegisterDerivedMethod<Derived2>::value << std::endl;

    return 0;
}

**

TL; DR

如何修改上面的代码以产生编译时错误（可能使用static_assert）而不是等到运行时才检测到错误？

**

c++ c++11 templates template-meta-programming introspection
2个回答
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恕我直言，你有一个设计问题。 registerDerived<Derived>()是调用createDerived<Derived>()的先决条件的事实应该用代码表示（不仅仅是在文档中），这样就不可能进行未注册的创建。

实现这一目标的一种方法是通过注册时发布的注册文件。例如

#include <typeinfo>
#include <typeindex>
#include <unordered_set>

struct Manager {

    // serves as registration document
    template<typename T>
    class ticket { friend struct Manager; };

    // use SFINAE to restrict T to a derived class (assumed C++14)
    template<typename T>
    std::enable_if_t<std::is_base_of<Manager,T>::value, ticket<T> >
    registerDerived()
    {
        registeredTypes.insert(std::type_index(typeid(T)));
        return {};
    }

    template<typename T, typename... Args>
    T createDerived(ticket<T>, Args&&...args)
    {
        return T(std::forward<Args>(args)...);
    }

  private:
    std::unordered_set<std::type_index> registeredTypes;
};

struct Derived1 : Manager {};
struct Derived2 : Manager { Derived2(int); }

int main() {
    Manager manager;
    auto t1 = manager.registerDerived<Derived1>();
    auto t2 = manager.registerDerived<Derived2>();
    auto x1 = manager.createDerived(t1);
    auto x2 = manager.createDerived(t2,7);
}

请注意，对象t可能已经过优化。

当然，这段代码与你的代码不同，因为它需要携带ticket<Derived>来进行任何创作。然而，在这个简单的例子中，注册后跟创建的概念是不明智的，因为下面的代码总是有效并且没有事先注册（参见我在评论中的问题）：

template<typename T, typename...Args>
T Manager::create(Args&&..args)
{
    return createDerived(register<T>(),std::forward<Args>(args)...);
}

如果每次注册的注册比我的简单示例更昂贵，那么您可以在尝试之前检查（使用unordered_set<type_index>，如上所述）是否注册了Derived类型。

2
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我认为这不可能以便携/可靠的方式进行。

如果您对编译时只对注册感兴趣，我建议让Manager成为模板类，其中模板参数是注册类型。

我的意思是......如果你写一个自定义类型特征如下

template <typename, typename ...>
struct typeInList;

template <typename T0, typename T1, typename ... Ts>
struct typeInList<T0, T1, Ts...> : public typeInList<T0, Ts...>
 { };

template <typename T0, typename ... Ts>
struct typeInList<T0, T0, Ts...> : public std::true_type
 { using type = T0; };

template <typename T0>
struct typeInList<T0> : public std::false_type
 { };

template <typename ... Ts>
using typeInList_t = typename typeInList<Ts...>::type;

或者（由Deduplicator建议（谢谢！））以更紧凑的方式

// ground case: in charge only when `typename...` variadic list
// is empy; other cases covered by specializations
template <typename, typename...>
struct typeInList : public std::false_type
 { };

template <typename T0, typename T1, typename ... Ts>
struct typeInList<T0, T1, Ts...> : public typeInList<T0, Ts...>
 { };

template <typename T0, typename ... Ts>
struct typeInList<T0, T0, Ts...> : public std::true_type
 { using type = T0; };

template <typename ... Ts>
using typeInList_t = typename typeInList<Ts...>::type;

您可以使用它来SFINAE启用/禁用createDerived()，如下所示

template <typename ... Ts>
struct Manager
 {
   template <typename T>
   typeInList_t<T, Ts...> createDerived ()
    { return T(); }
 };

和hasRegisterDerivedMethod可写如下

template <typename, typename>
struct hasRegisterDerivedMethod;

template <typename ... Ts, typename T>
struct hasRegisterDerivedMethod<Manager<Ts...>, T>
   : public typeInList<T, Ts...>
 { };

不幸的是，这适用于编译时但不是运行时，因此，如果您需要一个兼容编译时和运行时的解决方案，此解决方案不适合您。

以下是一个完整的工作示例

#include <iostream>

template <typename, typename ...>
struct typeInList;

template <typename T0, typename T1, typename ... Ts>
struct typeInList<T0, T1, Ts...> : public typeInList<T0, Ts...>
 { };

template <typename T0, typename ... Ts>
struct typeInList<T0, T0, Ts...> : public std::true_type
 { using type = T0; };

template <typename T0>
struct typeInList<T0> : public std::false_type
 { };

template <typename ... Ts>
using typeInList_t = typename typeInList<Ts...>::type;

template <typename ... Ts>
struct Manager
 {
   template <typename T>
   typeInList_t<T, Ts...> createDerived ()
    { return T(); }
 };

struct IBase { };
struct Derived1 : public IBase{ };
struct Derived2 : public IBase{ };


template <typename, typename>
struct hasRegisterDerivedMethod;

template <typename ... Ts, typename T>
struct hasRegisterDerivedMethod<Manager<Ts...>, T>
   : public typeInList<T, Ts...>
 { };

int main ()
 {
   Manager<Derived1> myManager;
   // whoops, forgot to register Derived2!

   Derived1 d1 = myManager.createDerived<Derived1>();

   //Derived2 d2 = myManager.createDerived<Derived2>(); // compilation error!

   std::cout << std::boolalpha;

   std::cout << "Derived1 check = "
      << hasRegisterDerivedMethod<decltype(myManager), Derived1>::value
      << std::endl; // print true

   std::cout << "Derived2 check = "
      << hasRegisterDerivedMethod<decltype(myManager), Derived2>::value
      << std::endl; // print false
 }

关闭主题：而不是

static const bool value = std::is_same<std::true_type, decltype(test<T>(nullptr))>::value;

你可以写

static constexpr bool value { type::value };
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