在 c++ 中使用 typedef 以获得更多类型安全

Question

我想重新访问post。目前，我正在尝试避免在程序中混合 Rad 和 Degree 类型的角度产生的错误。

例如：

  typedef float Degree;
  typedef float Radian;

  Degree a = 15.;

  Radian b = 3.14/4.;

  float c = a + b;  // no compile error

是否有新的更新解决方案？

编辑 01：

我求助于编写自己的类，希望它的体积小且没有依赖性。这是工作代码

#include <stdio.h>
#include <iostream>

template<typename numT>
class RadAngle {
public:
    RadAngle() {
      AngVal = 0.0;
    }
    RadAngle(const numT& angV) {
      AngVal = angV;
    }
    void operator = (const RadAngle<numT>& ang1) {
      AngVal = ang1.getVal();
    }
    RadAngle operator+(const RadAngle<numT>& ang1) const { return RadAngle<numT>(AngVal+ang1.getVal()); }
    RadAngle operator-(const RadAngle<numT>& ang1) const { return RadAngle<numT>(AngVal-ang1.getVal()); }
    RadAngle operator*(const RadAngle<numT>& ang1) const { return RadAngle<numT>(AngVal*ang1.getVal()); }
    RadAngle operator/(const RadAngle<numT>& ang1) const { return RadAngle<numT>(AngVal/ang1.getVal()); }

    numT getVal() const { return AngVal;};

private:
    numT AngVal;
};


int main() {

   RadAngle<float> a(1.5);
   RadAngle<float> b(3.14);
   RadAngle<float> c = a+b;

   //std::cout << c << std::endl;
//    printf("%.2f",c.getVal());


   return 0;
}

Answer 1

你所拥有的根本无助于类型安全，除了可能是薄弱的文档。就编译器而言，float、Degree 和Radian 是完整的同义词；这称为弱类型别名。强类型别名不是 C++ 的一部分，但您可以解决这个问题。关于这方面的两篇好文章是here 和here。基本思想是为强类型定义创建一个通用类模板，并使用它来创建每个单独的别名。

如果您不想自己编写所有样板，我建议您使用第三方库来处理这个问题。我上面链接的帖子的作者都为它编写了库，NamedType 和 type_safe。如果您需要更重的东西，您应该查看Boost.Units。请注意，我自己没有使用过这些。它们正是我检查是否需要这些功能的地方。

您没有问过这个问题，但与在任何地方使用 float 并手动跟踪单元相比，这些都不应该有任何运行时性能成本，但可能会使编译速度变慢。

Answer 2

最好的办法是为每种测量创建一个类，并实施将一种测量转换为另一种测量的方法。这些类可以/应该有一个共同的超类。

Answer 3

我会选择一个作为内部表示（例如 Radian）并将其他的写为包装类

typedef double Radian;
class Degree {
public:
    Degree() {
        m_radian = 0.0;
    }
    Degree(double degree) {
        m_radian = degree / 180.0 * 3.1415926;
    }
    void operator = (double degree) {
        m_radian = degree / 180.0 * 3.1415926;
    }
    operator Radian() const { return m_radian; }
private:
    Radian m_radian;
};

void print_rad(Radian rad) {
   printf("rad: %lf\n", rad);
}

int main() {
   Radian rad = 123.0;
   Degree degree = 456.0;
   print_rad(rad);
   print_rad(degree);
   print_rad(rad + degree);
   return 0;
}

---

输出：

rad: 123.000000
rad: 7.958701
rad: 130.958701

Answer 4

好吧，您可能想一直使用单位进行计算。

用所有相关的（SI？）基本单位做这样的事情：

template <class T, int meter, int second, int pow_10, int pow_deginrad>
class unit {
    T num = 0;
};
// add convenience typedefs. Also look into `operator ""` for denoting literals.

现在您只必须在一个地方定义类型和大小之间的算术。
编码愉快。

Answer 5

我认为你的方法有点缺陷。

您尝试建模的是物理量 - 具有值和单位的类型。

没有一个量叫做弧度。有一个量叫做角度，其单位可以是弧度或度数。

您需要一些基础设施来处理数量单位的转换以及对单位和值执行操作。

例如，

L1 = 10 "m" (length)
L2 = 20 "m" (length)

L1 * L2 = 200 "m^2" (area)

F1 = 10 "N" (force)
A1 = 2 "m^2" (area)
F1/A1  = 5 "Pa" (pressure)

A2 = 10 "deg"
convert(A2, "rad") = 0.174533 "rad"

如果你能添加处理单位的代码，剩下的功能就很容易了。

在我的工作中，我们不得不这样做，而且代码量不小。在这里深入研究这个主题对我来说没有意义。

---

潜在的 C++ 代码：

struct Quantity
{
   double value;
   std::string unit;
};

// Defines operations on Quantity.
Quantity operator+(Quantity const& q1, Quantity const& q2) { ... }
Quantity operator-(Quantity const& q1, Quantity const& q2) { ... }
Quantity operator*(Quantity const& q1, Quantity const& q2) { ... }
Quantity operator*(Quantity const& q1, double f) { ... }
Quantity operator/(Quantity const& q1, Quantity const& q2) { ... }
Quantity operator/(Quantity const& q1, double f) { ... }
Quantity convert(Quantity const& q, std::string const& unit) { ... }

auto L1 = Quantity(10, "m");
auto L2 = Quantity(10, "m");

auto a = L1*L2;  // Resulting in Quantity(100, "m^2")

auto F1 = Quantity(10, "N");
auto A1 = Quantity(2, "m^2");
auto p = F1/A1;  // Resulting in Quantity(5, "Pa")

auto A2 = Quantity(10, "deg");
auto A3 = Convert(A2, "rad");  // Resulting in Quantity(0.174533, "rad")