static_assert<std::is_floating_point<T>::value, "") 由于未使用的模板类型而失败

Question

我正在制作一个模板化的Matrix 类，并且我将模板参数限制为 integral 和 floating 点数据类型

template class Matrix<int>;
template class Matrix<float>; ..etc

我正在实现一个random() 静态成员函数，为了使其从0.0 到1.0 均匀随机分布，我使用std::is_floating_point<T> 来限制浮动 模板的使用> 点类型。我认为如果只有T 不是浮点类型，static_assert 就会触发，但是对于每个template class Matrix<T>;，其中 T 是 integral 类型的断言都会失败。

当我注释掉所有 integral 类型时，它工作正常，但我不能这样做，因为我需要能够使 Matrix<T> 实例与 T 是一个 整型。我该如何解决？

请注意，我为每个 integral/floating 点类型提供了 template class Matrix<T>，因为我收到了 undefined reference 错误。所以我将初始化限制为 integral 和 floating 点类型。

// Matrix.cpp
template<typename T>
Matrix<T> Matrix<T>::rand(const size_t& r, const size_t& c) {
    Matrix<T> result{ r, c };
    static_assert(std::is_floating_point<T>::value,
        "result_type must be a floating point type");
    const float range_from = 0.0;
    const float range_to = 1.0;
    std::random_device                  rand_dev;
    std::mt19937                        generator(rand_dev());
    std::uniform_real_distribution<T>   distr(range_from, range_to);
    for (int i = 0; i < r; i++) {
        for (int j = 0; j < c; j++) {
            result[i][j] = distr(generator);
        }
    }
    return result;
}
//...
template class Matrix<int>;
template class Matrix<long>;
template class Matrix<float>;
template class Matrix<double>;

Answer 1

您有多种选择：

• 在标头而不是 cpp 中提供（模板）代码（参见 why-can-templates-only-be-implemented-in-the-header-file）

• 显式实例化方法而不是类：

  // all individual available methods of the class
  template Matrix<int> Matrix<int>::other_method(/*..*/); 
  // ...
  
  // Whole class
  template class Matrix<float>;
  template class Matrix<double>;
  

• 使用 SFINAE：

  template<typename T>
  class Matrix
  {
      template <typename U = T,
                std::enable_if_t<std::is_same<T, U>::value
                                 && std::is_floating_point<U>::value, int> = 0>
      Matrix<T> rand(const size_t &r, const size_t &c);
  // ...
  };
  

• 或来自 C++20 的 requires：

  template<typename T>
  class Matrix
  {
      Matrix<T> rand(const size_t &r, const size_t &c) requires (std::is_floating_point<T>::value);
  // ...
  };
  

• 或专业化课程

  template<typename T, typename Enabler = void>
  class Matrix
  {
  // ...
  };
  
  template<typename T>
  class Matrix<T, std::enable_if_t<std::is_floating_point<T>::value>>
  {
      Matrix<T> rand(const size_t &r, const size_t &c);
  // ...
  };
  

Answer 2

当我注释掉所有 integral 类型时，它工作正常，但我做不到 这是因为我需要能够使用T 制作Matrix<T> 实例是一个 整体式e。我该如何解决？

正如 @Jarod42 在 cmets 中指出的那样，当且仅当模板类型为一个浮点数。

额外说明：可以应用相同的技术来限制类 Matrix<T> 的实例化，方法是针对特征中提到的允许类型有条件地实例化类。

以下是一个示例代码（使用c++17 编译），它演示了这个想法。

(See online)

#include <iostream>
#include <type_traits> // for std::conjunction, std::negation, std::is_arithmetic, std::is_floating_point, std::enable_if

// traits for filtering out the allowed types
template<typename Type>
using is_allowed = std::conjunction<
    std::is_arithmetic<Type>,    // is equal to  std::is_integral_v<T> || std::is_floating_point_v<T>>
    std::negation<std::is_same<Type, bool>>,    // negate the types which shouldn't be compiled
    std::negation<std::is_same<Type, char>>,
    std::negation<std::is_same<Type, char16_t>>,
    std::negation<std::is_same<Type, char32_t>>,
    std::negation<std::is_same<Type, wchar_t>>
>;

template<typename Type, typename ReType = void>
using is_allowed_type = std::enable_if_t<is_allowed<Type>::value, ReType>;

template<typename Type, typename Enable = void> class Matrix;
// conditional instantiation of the template class
template<typename Type> class Matrix<Type, is_allowed_type<Type>> /* final */
{
public:
    template<typename T = Type>
    std::enable_if_t<std::is_floating_point_v<T>, Matrix<T>> rand(const size_t& r, const size_t& c)
   //^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^ SFINAE to restrict the use of rand()
    {
        Matrix<T> result{/*args*/};
        // other code
        return result;
    }
};
template class Matrix<int>;
template class Matrix<long>;
template class Matrix<float>;

int main()
{
   Matrix<double> obj;
   obj.rand(1, 2);
}