C++之SFINAE机制和模板元编程

替换失败不是一个错误SFINAE（Substitution Failure Is Not An Error）是C++模板编程中的一个重要概念。

它指的是在模板实例化过程中，如果某个模板参数替换导致编译错误，编译器不会立即报错，而是会尝试其

他可能的模板实例化。

模板的主要任务就是推导/替换, 将调用时传递的具体值推导出其类型, 然后将 T 替换成该值的类型.
模板支持推导和替换任意类型参数, 但每种类型支持的操作并非都相同, 因此一份模板函数不可能解决所有情况.
当一份标准模板函数无法解决特定情况时，按条件匹配进入特定模板函数就变成了不可或缺.

enable_if

enable_if 利用了模板匹配的技巧和struct结构, 巧妙的将条件匹配分割成两种情况,
一种是true的情况: 为结构绑定一个type
一种是false的情况: 采取留空策略

template <bool _Test, class _Ty = void>
struct enable_if {}; // no member "type" when !_Test

// 这个实现叫做部分具体化(partial specialization), 即: 第一个参数 (<true>) 采用具体值.
// 这个模板函数简要但是浓缩了几个规则:
// 当调用时传递的参数是true时, 一定会进入这个函数.
// 当调用时传递的参数是true且不提供其他参数时, <class _Ty> 会把自动合并上面一个enable_if的 <class _Ty = void>;
// 当调用时传递的参数是true且提供其他参数时, _Ty 会替换成传递参数的类型(放弃void).
template <class _Ty>
struct enable_if<true, _Ty> { // type is _Ty for _Test
    using type = _Ty;
};

enable_if_t

它基于模板的 SFINAE 和 匿名类型参数 的基础概念上进行了简洁且完美的封装(落地).
enable_if_t 强制使用 enable_if 的 ::type 来触发 SFINAE 规则, 如果失败则跳过当前匹配进入下一个匹配.

template <bool _Test, class _Ty = void>
using enable_if_t = typename enable_if<_Test, _Ty>::type;

enable_if_t 节省掉了 typename 和 ::type , 是因为它背后使用 using 帮我们多写了typename 和 ::type (即: 强行重定义了类型).

#include <iostream>
using std::cout;
using std::endl;

// 省略了 typename
// 省略了 ::type
template<typename T, enable_if_t<is_integral<T>::value, int> = 0>
void example(T t) {
    cout << "template<typename T = book::author_type > void example();" << endl;
}

int main(void) {
    example(10);
    return 0;
}

 

限制模板函数的参数类型

enable_if<is_integral<T>::value, int> 等同于 enable_if<true, int> 或者 enable_if<false, int> ,
如果第一个参数是 true , 那么 enable_if 这个结构就有一个 type 成员, 这时调用 enable_if::type 就是OK的.
如果第一个参数是 false, 那么 enable_if 这个结构就没有一个 type 成员, 这时调用 enable_if::type 就是失败的, 但是不会报错而是跳过当前匹配.

enable_if 的第二个参数提供了一个int, 所以 enable_if::type 其实就是一个 int, 也就是说
<typename T, typename enable_if<is_integral<T>::value, int>::type = 0> 等同于
<typename T, typename int = 0> 等同于
<typename T, int = 0>

#include <iostream>
#include <type_traits>

using namespace std;
template<typename T, typename enable_if<is_integral<T>::value, int>::type = 0>
void example(T t) {
    cout << "template<typename T = book::author_type > void example();" << endl;
}

int main(void) {
    example(10);
    return 0;
}

 

后面那个 = 0 是个什么东西?

由于 enable_if 第二个类型设定了默认为 void 类型,
typename enable_if::type 等同于 typename enable_if::void, 本身不会报错,
由于 enable_if 或 enable_if_t 都是采取 匿名类型参数 形式来完成判断行为,
由于 匿名类型参数 必须要有一个默认值,
因此 typename enable_if::void = 0 是失败的, 它会导致程序跳过这个匹配.
因此 大部分的STL、TR1 的代码都会在使用 enable_if 或者 enable_if_t 时, 为第二个类型提供一个 int, 然后设定一个 0 为默认值.

 

#include <iostream>
#include <type_traits>

template <class T>
typename std::enable_if<std::is_integral<T>::value, bool>::type
is_odd (T i) {
    return bool(i % 2);
}

template < class T,
           class = typename std::enable_if<std::is_integral<T>::value>::type>
bool is_even (T i) {
    return !bool(i % 2);
}

int main() {
    short int i = 1;

    std::cout << std::boolalpha;
    std::cout << "i is odd: " << is_odd(i) << std::endl;
    std::cout << "i is even: " << is_even(i) << std::endl;

    return 0;
}

模板类型偏特化

在使用模板编程时，可以利用std::enable_if的特性根据模板参数的不同特性进行不同的类型选择。如下所示，我们可以实现一个检测变量是否为智能指针的实现：

#include <iostream>
#include <type_traits>
#include <memory>

template <typename T>
struct is_smart_pointer_helper : public std::false_type {};

template <typename T>
struct is_smart_pointer_helper<std::shared_ptr<T>> : public std::true_type {};

template <typename T>
struct is_smart_pointer_helper<std::unique_ptr<T>> : public std::true_type {};

template <typename T>
struct is_smart_pointer_helper<std::weak_ptr<T>> : public std::true_type {};

template <typename T>
struct is_smart_pointer : public is_smart_pointer_helper<typename std::remove_cv<T>::type> {};

template <typename T>
typename std::enable_if<is_smart_pointer<T>::value, void>::type check_smart_pointer(const T &t) {
    std::cout << "is smart pointer" << std::endl;
}

template <typename T>
typename std::enable_if < !is_smart_pointer<T>::value, void >::type check_smart_pointer(const T &t) {
    std::cout << "not smart pointer" << std::endl;
}

int main() {
    int *p(new int(2));
    std::shared_ptr<int> pp(new int(2));
    std::unique_ptr<int> upp(new int(4));

    check_smart_pointer(p);
    check_smart_pointer(pp);
    check_smart_pointer(upp);

    return 0;
}

 

参考：极光火狐狸CPP

【C++编程】std::enable_if 和 SFINAE