C++ Templates （2.3 類别範本的區域性使用 Partial Usage of Class Templates）

失落孤舟發表於2020-09-14
C++

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2.3 類别範本的區域性使用 Partial Usage of Class Templates

類别範本通常在它例項化的模板實參上進行多種操作（包括構造和析構），這給人一種印象：模板實參必須提供所有類别範本的所有成員函式的所有操作。但是事實並非如此：模板實參僅需提供必要的操作而非可能需要的操作。

比如說，如果類Stack<>提供一個成員函式printOn()用於列印整個stack的內容，並對每個元素呼叫operator<<：

template <typename T>
class Stack
{
      ...
      void printOn(std::ostream& strm) const
      {
            for(T const& elem: elems)
            {
                  strm << elem << ' ';       //每個元素呼叫<<
            }
      }
}

但這依然可以使用沒有定義operator<<的類作為該類别範本的模板實參：

      Stack<std::pair<int,int>> ps;      //注意： std::pair<>沒有定義operator<<
      ps.push({4, 5});      //OK
      ps.push({6,7});      //OK
      std::cout << ps.top().first << '\n'; //OK
      std::cout << ps.top().second << '\n';      //OK

只有當呼叫這樣的stack的printOn()方法時，該程式碼才會生成錯誤，因為它不能例項化對該特殊型別的operator<<的呼叫：

      ps.printOn(std::cout);      //ERROR: 元素型別不支援operator<<

2.3.1 Concepts

這引發了一個問題，如何知道哪些是模板例項化所需要的操作？術語概念（Concept）用於指示約束條件的集合，並在模板庫中重複使用。比如，C++標準庫依賴於隨機訪問迭代器（random access iterator）和預設構造（default constructible）。

當前（C++17），concepts只能或多或少地在文件中進行表述（比如程式碼註釋）。這可能是個重要的問題，因為未遵循約束條件的錯誤可能引起噁心的錯誤訊息（詳見第9.4節）。

許多年來，有許多方法和試驗來支援concepts的定義和驗證，將其作為語言特性。然而，截止C++17還沒有標準化的方法。

自從C++11以後，至少可以通過使用static_assert關鍵字和預定義的型別特性來檢查基本的約束條件，比如：

template <typename T>
class C
{
      static_assert(std::is_default_constructible<T>::value, "Class C requires default-constructible elements");
      ...
}

沒有該斷言，如果需要預設建構函式，編譯依然會失敗。然而，該錯誤資訊可能包含整個模板例項化的歷史，從開始例項化到真實的模板定義（即錯誤檢測到的地方，詳見9.4節）。

然而，更多複雜的程式碼需要檢查，比如，型別T的物件提供一種特殊的成員函式或者他們可以使用操作<進行比較。詳見19.6.3節的一個詳細的程式碼例程。

參考附件E關於更多的有關C++ Concept的討論。

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