C++0x 使用 <ratio> 以获得更安全的长度类型

Question

在阅读<ratio> 和<chrono> 时，我试图想象一个Length 类型可以防止意外转换错误。

这是我得到的：

#include <iostream>
#include <ratio>
using namespace std;

template<typename Scale>
struct Length  {
  long long val_;
  Length(long long val) : val_{val} {}
  Length() = default;
  Length(const Length&) = default;
  Length& operator=(const Length&) = default;
  // conversion
  template<typename Scale2>
  Length(const Length<Scale2> &other)
    : val_{ other.val_*(Scale2::num*Scale::den)/(Scale2::den*Scale::num) }
  { }
  // access
  long long value() const { return val_; }
}; 
typedef Length<ratio<1>> m;
typedef Length<kilo> km;
typedef Length<milli> mm;
typedef Length<ratio<1000,1094>> yard;

这样使用

int main() {
  km len_km = 300;
  mm len_mm = len_km;
  cout << " millimeter:" << len_mm.value() << endl;
  cout << " m:" << m{len_km}.value() << endl;
  cout << " yd:" << yard{len_km}.value() << endl;
}

现在我可以添加所有的 + 和 * 操作来获得真正的舒适... :-)

我想知道：

• duration 和time_point 在<chrono> 中定义的算术设施是否有更容易访问？我可以使用这些来减少Length 的工作量吗？
• 编译时常量(Scale2::num*Scale::den)/(Scale2::den*Scale::num) 在转换构造函数（分数/下溢？）中似乎很危险，但我想不出更好的元编程方式，这里有什么提示吗？

Answer 1

• 有没有更容易访问 算术设施 duration 和 time_point 定义在 <chrono> 无论如何？我可以用那些吗 减少Length的工作量？

对于“混合模式”算术和比较，您可以利用common_type<T1, T2>::type 来定义返回类型。 duration 将 common_type 专门化为 Period1 和 Period2 的最大公约数，其中 Period1 和 Period2 是算术或比较运算中涉及的两个 ratios。你可以像这样使用它：

template <typename Scale1, typename Scale2>
  typename std::common_type<Length<Scale1>, Length<Scale2>>::type
  operator+(Length<Scale1> x, Length<Scale2> y);

不幸的是，您将不得不重新发明如何在编译时获得两个 ratios 的最大公约数。从 unsigned long long 的编译时 gcd 和 lcm 元函数开始。

嗯...或者您可以将common_type 的专业化建立在已经为duration 完成的专业化的基础上。您可以将生成的duration 的period 重新解释为Length 的比例因子。我没有对此进行原型设计，只是一个想法。

• 编译时常量 (Scale2::num*Scale::den)/(Scale2::den*Scale::num) 在 转换中似乎很危险 构造函数（分数/下溢？）， 但我想不出更好的 元编程方式，这里有什么提示吗？

同意。 duration 处理这个问题：

template <class Rep2, class Period2>
  constexpr duration(const duration<Rep2, Period2>& d);

备注：此构造器不得 参与重载决议 除非treat_as_floating_point<rep>::value 为真或两者兼而有之 ratio_divide<Period2, period>::den 是 1 和treat_as_floating_point<Rep2>::value 为假。 [ 注意： 此要求可防止 隐式截断错误 基于积分的转换 持续时间类型。这样的建设 很容易导致混淆 持续时间的值。 — 尾注]

即您需要 enable_if 您的 Length 转换构造函数，以便它仅在转换准确时才存在（如果您想将长度基于整数类型）。为了准确地进行转换，转换因子(Scale2::num*Scale::den)/(Scale2::den*Scale::num) 必须是可计算的，无需除法（除以 1 除外）。您可以使用ratio_divide 为您做这个除法，然后得到的分母必须是 1（用于精确转换）。

enable_if<ratio_divide<Scale2, Scale1>::type::den == 1, ...>

这是一个很棒的学习项目ratio！玩得开心！ :-)

Answer 2

您使用整数类型来表示物理量。这不是人们通常想要的。如果你坚持整数类型，至少要按正确的顺序做乘除，即先所有乘，再除（比较100*（255/256）和（100*255）/256）。

在相关说明中，请记住，将长度乘以长度得到的是面积，而不是长度。存在考虑到这一点的现实生活中的图书馆，参见例如siunits.