C# 中模板化回调参数的逆变性

Question

设置

考虑两种类型，其中一种继承自另一种：

#include <iostream>

class shape {  };
class circle : Shape {  };

还有两个函数分别接受该类型的对象：

void shape_func(const shape& s) { std::cout << "shape_func called!\n"; }
void circle_func(const circle& c) { std::cout << "circle_func called!\n"; }

函数模板

现在我想要一个函数模板，我可以传递给它：

1. 其中一种类型的对象（或其他类似类型）。
2. 指向与传递的对象兼容的那些函数之一的指针（或其他类似的）。

以下是我声明这个函数模板的尝试：

template<class T>
void call_twice(const T& obj, void(*func)(const T&))
{
    func(obj);
    func(obj);
}

^{（实际上它的主体会做一些更有用的事情，但为了演示目的，我只是让它用传递的对象调用传递的函数两次。）}

观察到的行为

int main() {
    shape s;
    circle c;

    call_twice<shape>(s, &shape_func);   // works fine
    call_twice<circle>(c, &circle_func); // works fine
    //call_twice<circle>(c, &shape_func);  // compiler error if uncommented
}

预期行为

我希望第三次调用也能奏效。

毕竟，由于shape_func 接受任何shape，它也接受circle — 所以通过用circle 代替T，编译器应该可以解析函数模板而不会发生冲突。

事实上，这就是对应的泛型函数在 C# 中的行为方式：

// C# code
static void call_twice<T>(T obj, Action<T> func) { ... }

它可以毫无问题地称为call_twice(c, shape_func)，因为用C#术语来说，Action<T>的类型参数T是contravariant。

问题

这在 C++ 中可行吗？

也就是说，必须如何实现函数模板call_twice 才能接受本示例中的所有三个调用？

Answer 1

一种方法是通过SFINAE，最好的例子是：

#include <iostream>
#include <type_traits>

struct Shape {};
struct Circle : public Shape {};

template<class Bp, class Dp>
std::enable_if_t<std::is_base_of<Bp,Dp>::value,void>
call_fn(Dp const& obj, void (*pfn)(const Bp&))
{
    pfn(obj);
}

void shape_func(const Shape& s) { std::cout << "shape_func called!\n"; }
void circle_func(const Circle& s) { std::cout << "circle_func called!\n"; }

int main()
{
    Shape shape;
    Circle circle;

    call_fn(shape, shape_func);
    call_fn(circle, circle_func);
    call_fn(circle, shape_func);
}

输出

shape_func called!
circle_func called!
shape_func called!

工作原理

这个实现使用了一个简单的（也许太多了）练习，利用std::enable_if 和std::is_base_of 来提供可能具有两种不同类型（一个是对象，另一个是提供函数的参数列表）的合格重载解决方案.具体来说：

template<class Bp, class Dp>
std::enable_if_t<std::is_base_of<Bp,Dp>::value,void>
call_fn(Dp const& obj, void (*pfn)(const Bp&))

说这个函数模板需要两个模板参数。如果它们是相同类型或Bp 是Dp 的基数，则提供一个类型（在本例中为void）。然后我们使用该类型作为我们函数的结果类型。因此，对于第一次调用，推演后的实例化如下所示：

void call_fn(Shape const& obj, void (*pfn)(const Shape&))

这是我们想要的。第二次调用产生了类似的实例化：

void call_fn(Circle const& obj, void (*pfn)(const Circle&))

第三次实例化会产生这个：

void call_fn(Circle const& obj, void (*pfn)(const Shape&))

因为Dp和Bp不同，而Dp是派生词。

---

失败案例

要看到这个失败（正如我们希望的那样），用不相关的类型修改代码。只需从Circle 的基类继承列表中删除Shape：

#include <iostream>
#include <type_traits>

struct Shape {};
struct Circle {};

template<class Bp, class Dp>
std::enable_if_t<std::is_base_of<Bp,Dp>::value,void>
call_fn(Dp const& obj, void (*pfn)(const Bp&))
{
    pfn(obj);
}

void shape_func(const Shape& s) { std::cout << "shape_func called!\n"; }
void circle_func(const Circle& s) { std::cout << "circle_func called!\n"; }

int main()
{
    Shape shape;
    Circle circle;

    call_fn(shape, shape_func);   // still ok.
    call_fn(circle, circle_func); // still ok.
    call_fn(circle, shape_func);  // not OK. no overload available, 
                                  // since a Circle is not a Shape.
}

结果将是第三次调用的函数调用不匹配。