使用 SFINAE 计算不同元素的大小

Question

简介

我刚刚开始阅读和研究 SFINAE。为了提高我的理解力，我开始自己尝试。

所以我一直想知道一个有用但简单的方法来使用 SFINAE 强大的技巧，我最终想到了一组函数来计算给定类型占用多少字节；只要我们处理简单类型，解决方案就很简单：

template <typename T> size_t SizeOf(const T &t)
{
    return sizeof(T);
};

这个幼稚的近似值可以得到任何东西的大小：1 代表 char，可能 4 代表 int，希望 4 代表 char[4] 以及任何 class PrettyAwesome 或 struct AmazingStuff，包括填充字节。但是，这种类型管理的动态内存呢？

所以我会检查给定的类型是否是指针类型，那么总大小将是指针的大小加上指向内存的大小（如果有的话）。

template <typename T> size_t SizeOf(const T &*t)
{
    size_t Result = sizeof(t);

    if (t)
    {
        Result += sizeof(T);
    }

    return Result;
};

是的，在这一点上似乎根本不需要 SFINAE，但是，让我们考虑一下容器。容器的SizeOf 必须是sizeof(container_type) 加上其每个元素的大小之和，这就是SFINAE 进入的地方：

template <typename T> size_t SizeOf(const T &t)
{
    size_t Result = sizeof(t);

    for (T::const_iterator i = t.begin(); i != t.end(); ++i)
    {
        Result += SizeOf(*i);
    }

    return Result;
};

在上面的代码中，检测 tye T 类型是否需要 const_iterator，并且容器是一个映射，也需要对 pair 的特化。

问题

最后，问题从这里开始：我尝试过什么，遇到了什么问题？

#include <type_traits>
#include <string>
#include <map>
#include <iostream>
#include <vector>

// Iterable class detector
template <typename T> class is_iterable
{
    template <typename U> static char has_iterator(typename U::const_iterator *);
    template <typename U> static long has_iterator(...);

    public:
    enum
    {
        value = (sizeof(has_iterator<T>(0)) == sizeof(char))
    };
};

// Pair class detector
template <typename T> class is_pair
{
    template <typename U> static char has_first(typename U::first_type *);
    template <typename U> static long has_first(...);
    template <typename U> static char has_second(typename U::second_type *);
    template <typename U> static long has_second(...);

    public:
    enum
    {
        value = (sizeof(has_first<T>(0)) == sizeof(char)) && (sizeof(has_second<T>(0)) == sizeof(char))
    };
};

// Pointer specialization.
template <typename T> typename std::enable_if<std::is_pointer<T>::value, size_t>::type SizeOf(const T &aValue)
{
    size_t Result = sizeof(aValue);

    if (aValue)
    {
        Result += sizeof(T);
    }

    return Result;
}

// Iterable class specialization.
template <typename T> typename std::enable_if<is_iterable<T>::value, size_t>::type SizeOf(const T &aValue)
{
    size_t Result = sizeof(aValue);

    for (T::const_iterator I = aValue.begin(); I != aValue.end(); ++I)
    {
        Result += SizeOf(*I);
    }

    return Result;
}

// Pair specialization.
template <typename T> typename std::enable_if<is_pair<T>::value, size_t>::type SizeOf(const T &aValue)
{
    return SizeOf(aValue.first) + SizeOf(aValue.second);
}

// Array specialization.
template <typename T> typename std::enable_if<std::is_array<T>::value, size_t>::type SizeOf(const T &aValue)
{
    size_t Result = sizeof(aValue);

    for (T *I = std::begin(aValue); I != std::end(aValue); ++I)
    {
        SizeOf(*I);
    }

    return Result;
}

// Other types.
template <typename T> typename std::enable_if<std::is_pod<T>::value, size_t>::type SizeOf(const T &aValue)
{
    return sizeof(aValue);
}

int main(int argc, char **argv)
{
    int Int;
    int *IntPtr = &Int;
    int twoints[2] = {0, 0};
    int *twointpointers[2] = {IntPtr};
    std::string SO("StackOverflow");
    std::wstring WSO(L"StackOverflow");
    std::map<std::string, char> m;
    std::vector<float> vf;

    m[SO] = 'a';

    std::cout << "1: " << SizeOf(Int) << '\n';
    // std::cout << "2: " << SizeOf(IntPtr) << '\n';
    // std::cout << "3: " << SizeOf(twoints) << '\n';
    // std::cout << "4: " << SizeOf(twointpointers) << '\n';
    std::cout << "5: " << SizeOf(SO) << '\n';
    std::cout << "6: " << SizeOf(WSO) << '\n';
    std::cout << "7: " << SizeOf(m) << '\n';
    std::cout << "8: " << SizeOf(vf) << '\n';

    return 0;
}

上面的代码产生这个输出：

1: 4
5: 45
6: 58
7: 66
8: 20

1. 如果我取消注释带有 2、3 和 4 输出的行，编译器会显示“模糊调用”错误。我真的以为输出 2 将使用 is_pointer 专业化，输出 3 和 4 将使用 is_array 之一。好吧，我错了，但我不知道为什么。

2. 我对获取容器总大小的方式不太满意，我认为迭代所有项目并为每个项目调用 SizeOf 是一个不错的选择，但不适用于所有容器，在std::basic_string 中做sizeof(container) + sizeof(container::value_type) * container.size() 会更快，但我不知道如何专攻basic_string。

3. 谈论 检测类（例如检测可迭代和配对的类），在一些 blogs articles 和有关 SFINAE 的网络示例中，我看到这是创建的常见做法一个true_type和false_typetypedefs，通常定义为char和char[2]；但我发现有些作者使用char 和long 作为true_type 和false_type。 谁知道哪一个是最佳实践或最标准一个？

请注意，我不是在寻找为什么你不尝试“这个库”或“这个工具”之类的答案，我的目标是练习和理解 SFINAE，任何线索和建议都是欢迎光临。

Answer 1

1.您应该阅读 C++11 中的 POD 概念。 POD 类型元素的数组或指向 POD 类型元素的指针是 POD 类型 http://en.cppreference.com/w/cpp/concept/PODType

例如以下代码将编译良好http://liveworkspace.org/code/81627f5acb546c1fb73a69c45f7cf8ec

2.这样的事情可以帮助你

template<typename T>
struct is_string
{
   enum
   {
      value = false
   };
};

template<typename Char, typename Traits, typename Alloc>
struct is_string<std::basic_string<Char, Traits, Alloc>>
{
   enum
   {
      value = true
   };
};

功能

// Iterable class specialization.
template <typename T> typename std::enable_if<is_iterable<T>::value && !is_string<T>::value, size_t>::type SizeOf(const T &aValue)
{
    size_t Result = sizeof(aValue);

    for (typename T::const_iterator I = aValue.begin(); I != aValue.end(); ++I)
    {
        Result += SizeOf(*I);
    }

    return Result;
}

template <typename T> typename std::enable_if<is_string<T>::value, size_t>::type SizeOf(const T& aValue)
{
   return sizeof(aValue) + sizeof(typename T::value_type) * aValue.length();
}

3.标准中没有信息，sizeof(long) 不应该等于sizeof(char)，但sizeof(char) 不能等于sizeof(char[2])，所以我认为第二种变体更可取。

Answer 2

关于问题 #3，我认为在 C++11 中，使用decltype 而不是sizeof 来获得integral constant 更简洁（也更清晰），例如std::true_type 和std::false_type .

例如，您的is_iterable:

#include <type_traits> // std::true_type, std::false_type

// Iterable class detector
template <typename T> class is_iterable {
  template <typename U> static std::true_type test(typename U::const_iterator *);
  template <typename U> static std::false_type test(...);

public:
   // Using decltype in separate typedef because of gcc 4.6 bug:
   // http://gcc.gnu.org/bugzilla/show_bug.cgi?id=6709
   typedef decltype(test<T>(0)) result_type;
   static const bool value = result_type::value;
};

Answer 3

1. 您对指针等的“特化”实际上不是特化。它们是超载的。

2. 编译器首先执行重载决议，然后才检查特化。形式上没有“模棱两可的专业化”之类的东西。您的案例 2,3 和 4 在重载解决方案中已经失败，正是因为您没有专长。

3. 重载解决方案仅取决于参数类型。您的重载仅在返回类型上有所不同。当然，某些重载可能会被禁用，但您需要禁用 all 重载，但只有一个。目前，POD 数组支持您的 POD 和数组重载。

4. 对于容器，更好的解决方案可能是使用Container.size()。

5. char[2] 是首选，因为根据标准，sizeof(long) 可以为 1。

一个没有被问到的问题是“我应该如何编写数组重载”？诀窍是对数组的引用：

template<typename T, unsigned N> 
constexpr size_t SizeOf(const T (&aValue)[N])
{
  // return N * sizeof(T); If you want to do the work yourself
  return sizeof(aValue); // But why bother?
}