你如何静态断言可变参数模板的参数包中的值？

Question

我正在创建一个可变参数模板。
假设我有这样的事情：

template<typename T, T ... Numbers>
class Sequence final {

    // Unpack parameter pack into a constexpr array
    constexpr static T count = sizeof...(Numbers);        
    constexpr static T numbers[count] = { Numbers... };

    // ...
}

这个类的实例可以这样实例化：

Sequence<uint32_t, 1, 2, 3, 42, 25> seq;

我想在编译时使用static_assert 确保numbers 参数包仅包含特定数字。为了这个例子，假设我只想允许0 或1。

所以我想做这样的事情：

for (size_t i = 0; i < count; i++) {
    static_assert(numbers[i] == 1 || numbers[i] == 0, "Only ones and zeroes are allowed.");
}

但显然，static_assert 不适用于 for 循环。我很确定这一定有某种语法，但我无法弄清楚。

我更喜欢使用可以通过 C++11 编译器（或者可能是 C++14 编译器，如果在 C++11 中不可行的话）编译的东西。

Answer 1

我会加入@Columbo's bool_pack trick。

template<bool...> struct bool_pack;
template<bool... bs> 
using all_true = std::is_same<bool_pack<bs..., true>, bool_pack<true, bs...>>;

static_assert(all_true<(Numbers == 0 || Numbers == 1)...>::value, "");

如果表达式变得复杂，请将其提取到 constexpr 函数中。

Answer 2

简单的 C++14 解决方案：

template <typename T, T ... Numbers>
class Sequence final {
  static constexpr bool is_all_zero_or_one(std::initializer_list<T> list) {
    for (auto elem : list) {
      if (elem != 0 && elem != 1) return false;
    }
    return true;
  }

  static_assert(is_all_zero_or_one({Numbers...}),
                "Only zeroes and ones are allowed.");
};

Answer 3

基于@T.C.'s answer的单行c++17解决方案。

#include <type_traits>
static_assert(std::conjunction<std::bool_constant<(Numbers == 0 || Numbers == 1)>...>::value, "");

实际上这可以用 c++11 完成，因为 std::conjunction 和 std::bool_constant 都是纯粹的库功能并且不需要任何 核心语言功能超越 c++11。

Answer 4

您不能将传统的 for 循环与编译时值一起使用，但您可以通过多种方式迭代编译时集合。但是，在您的情况下，不必显式循环每个数字：您可以使用包扩展来确保数字仅为 0 或 1：

coliru example

#include <type_traits>

// We define a `conjunction<...>` helper that will evaluate to
// a true boolean `std::integral_constant` if all passed types evaluate
// to true.

template <typename...>
struct conjunction : std::true_type
{
};

template <typename T>
struct conjunction<T> : T
{
};

template <typename T, typename... Ts>
struct conjunction<T, Ts...>
    : std::conditional_t<T::value != false, conjunction<Ts...>, T>
{
};

// Define `constexpr` predicates:

template <int T>
constexpr bool is_zero_or_one()
{
    return T == 0 || T == 1;
}

template <int... Ts>
constexpr bool all_are_zero_or_one()
{
    // Using variadic pack expansion and `conjunction` we can
    // simulate an `and` left fold over the parameter pack:
    return conjunction<
        std::integral_constant<bool, is_zero_or_one<Ts>()>...
    >{};
}

int main()
{
    static_assert(all_are_zero_or_one<0, 1, 0, 1, 0, 0>(), "");
    static_assert(!all_are_zero_or_one<2, 1, 0, 1, 0, 0>(), "");
}

---

如果您正在寻找一种显式方法来迭代编译时元素集合，我建议您查看以下资源：

boost::hana - 一个现代元编程库，允许使用“传统”命令式语法进行编译时计算。

My CppCon 2015 talk: for_each_argument explained and expanded - 使用std::tuple 和“类型-值编码”范例，您可以将编译时数值存储在一个元组中，并在编译时对其进行迭代。我的演讲展示了一种以这种方式进行迭代的可能方式。

Answer 5

您可以使用递归模板助手来实现静态验证，如下所示。然后，当您尝试使用包含无效数字的序列编译代码时，您将得到一个编译器错误，如您所愿，静态断言失败。

#include <iostream>

template<typename T, T... Numbers>
struct ValidateSequence;

template<typename T>
struct ValidateSequence<T>{};

template<typename T, T Number, T... Numbers>
struct ValidateSequence<T, Number, Numbers...>
{
    static_assert(Number == 0 || Number == 1, "Invalid Number");

    ValidateSequence<T, Numbers...> rest;
};

template<typename T, T... Numbers>
class Sequence
{
public:
    constexpr static unsigned count = sizeof...(Numbers);
    constexpr static T numbers[] = {Numbers...};

    ValidateSequence<T, Numbers...> validate;
};

int main()
{
    Sequence <int, 1, 2, 1, 2> sec;

    std::cout << sec.count << std::endl;
    return 0;
}

Answer 6

• C++11

• msvc2015u3,gcc5.4,clang3.8

    #include <cstdint>
    #include <algorithm>
  
    namespace utility {
  
        template <typename T0>
        inline constexpr bool is_all_true(T0 && v0)
        {
            return std::forward<T0>(v0) ? true : false;
        }
  
        template <typename T0, typename... Args>
        inline constexpr bool is_all_true(T0 && v0, Args &&... args)
        {
            return (std::forward<T0>(v0) ? true : false) && is_all_true(std::forward<Args>(args)...);
        }
  
        template <typename T0>
        inline constexpr bool is_all_false(T0 && v0)
        {
            return std::forward<T0>(v0) ? false : true;
        }
  
        template <typename T0, typename... Args>
        inline constexpr bool is_all_false(T0 && v0, Args &&... args)
        {
            return (std::forward<T0>(v0) ? false : true) && is_all_false(std::forward<Args>(args)...);
        }
  
        template <typename T0>
        inline constexpr bool is_any_true(T0 && v0)
        {
            return std::forward<T0>(v0) ? true : false;
        }
  
        template <typename T0, typename... Args>
        inline constexpr bool is_any_true(T0 && v0, Args &&... args)
        {
            return (std::forward<T0>(v0) ? true : false) || is_any_true(std::forward<Args>(args)...);
        }
  
        template <typename T0>
        inline constexpr bool is_any_false(T0 && v0)
        {
            return std::forward<T0>(v0) ? false : true;
        }
  
        template <typename T0, typename... Args>
        inline constexpr bool is_any_false(T0 && v0, Args &&... args)
        {
            return (std::forward<T0>(v0) ? false : true) || is_any_false(std::forward<Args>(args)...);
        }
  
    }
  

'

#gcc, 铿锵声 static_assert(utility::is_all_true((Numbers == 0 || Numbers == 1)...), "只允许 1 和 0。");

#msvc2015u3（解决方法：error C2059: syntax error: '...'） static constexpr const bool boo = utility::is_all_true((Numbers == 0 || Numbers == 1)...); static_assert(boo, "只允许 1 和 0。");

https://godbolt.org/z/hcS9FY

作为tacklelib 库的一部分实现：

https://sourceforge.net/p/tacklelib/tacklelib/HEAD/tree/trunk/include/tacklelib/utility/type_identity.hpp
https://github.com/andry81/tacklelib/tree/trunk/include/tacklelib/utility/type_identity.hpp

Answer 7

另一个解决方案：

template<typename T>
constexpr bool IsOneOrZero(T&& t) {
    return t == 0 || t == 1;
}

template<typename T, typename... Args>
constexpr bool IsOneOrZero(T&& first, Args&&... args) {
    return IsOneOrZero(std::forward<T>(first)) && IsOneOrZero(std::forward<Args>(args)...);
}

template<typename T, T First, T... Numbers>
class Sequence final {

    // Unpack parameter pack into a constexpr array
    constexpr static T count = sizeof...(Numbers);        
    constexpr static T numbers[count] = { Numbers... };

    static_assert(IsOneOrZero(First, Numbers...), "ERROR");
};