如何使用 C++ 模板强制执行正式协议？答案

【问题标题】：How to enforce a formal protocol with C++ templates?如何使用 C++ 模板强制执行正式协议？
【发布时间】：2017-07-04 18:28:55
【问题描述】：

当使用 template style 固有的编译时鸭子类型时，有没有办法强制要求模板参数实现具有特定签名的特定方法？

struct ProtocolT {
  void g() const;
  void h();
}

// I want the compiler to check that T conforms to ProtocolT
// that is, T must implement g() and h() rather than just g()
template <typename T>
void f(const T& x) {
  x.g();
}

当然，即使没有这个，也有完美的类型安全性：如果模板参数T没有在模板函数实现中使用的方法，编译器总是会报错。

但我发现明确指出class T 必须具有某些class ProtocolT 中指定的所有方法很有吸引力。通过要求 T 中我尚未在模板函数实现中使用的方法，这将允许我在开发过程的早期约束设计。

即使我没有在ProtocolT 中包含任何未使用的方法，我仍然认为当我需要编写一个可用作T 的类时，经过验证的协议一致性会有所帮助。（当然，没有人阻止我写 ProtocolT 用于文档目的，但是编译器不会验证 ProtocolT 至少包含所有必需的方法。）

【问题讨论】：

从 ProtocolT 继承以强制实施，然后 SFINAE 输出 T。
相关does-static-polymorphism-make-sense-for-implementing-an-interface

标签： c++ templates generic-programming type-constraints

【解决方案1】：

您正在寻找的功能称为concepts。它们目前是技术规范； GCC 有一个概念 lite 的实现。

使用概念看起来像（我对语法不太熟悉，所以可能会略有不同）：

template <typename T>
concept bool Protocol = requires(const T a, T b) {
  { a.g() } -> void;
  { b.h() } -> void;
};

void f(const Protocol& x) {
  x.g();
}

但是，如果您想要一个可以立即使用的解决方案，您可以使用各种技术来模拟概念。

您可以编写类型特征来检测函数是否执行您想要的操作。

您还可以使用detection idiom，它抽象了以前的技术，大大减少了样板。以您为例：

template <typename T>
using g_t = decltype(std::declval<const T&>().g());

template <typename T>
using h_t = decltype(std::declval<T&>().h());

template <typename T>
constexpr bool meets_protocol_v = std::experimental::is_detected_exact_v<void, g_t, T>
            && std::experimental::is_detected_exact_v<void, h_t, T>;

在使用它时，您既可以对 SFINAE 友好并且 SFINAE 脱离 meets_protocol_v，也可以静态断言：

template <typename T>
void f(const T& x) {
  static_assert(meets_protocol_v<T>, "Doesn't meet protocol");
  x.g();
}

【讨论】：

【解决方案2】：

可能插入对应的static_assert:

static_assert
(
    ::std::is_same< void, decltype(::std::declval< T >().h()) >::value
,   "T must implement void h(void)"
);

还请注意，在您的示例中，当 T 遵循 ProtocolT 要求时，它仍然无法工作，因为 f 接受 const 对 T 的引用，而 ProtocolT 仅表示它应该具有非 const g() .

【讨论】：