用于复制 cv 引用限定符的类型特征

Question

在 C++ 中编写类库代码我发现copy_cv_reference_t 类型特征特别需要：

struct A;
struct B;

static_assert(std::is_same< copy_cv_reference_t<          A         , B >,          B          >{});
static_assert(std::is_same< copy_cv_reference_t<          A const   , B >,          B const    >{});
static_assert(std::is_same< copy_cv_reference_t< volatile A         , B >, volatile B          >{});
static_assert(std::is_same< copy_cv_reference_t< volatile A const   , B >, volatile B const    >{});
static_assert(std::is_same< copy_cv_reference_t<          A        &, B >,          B        & >{});
static_assert(std::is_same< copy_cv_reference_t<          A const  &, B >,          B const  & >{});
static_assert(std::is_same< copy_cv_reference_t< volatile A        &, B >, volatile B        & >{});
static_assert(std::is_same< copy_cv_reference_t< volatile A const  &, B >, volatile B const  & >{});
static_assert(std::is_same< copy_cv_reference_t<          A       &&, B >,          B       && >{});
static_assert(std::is_same< copy_cv_reference_t<          A const &&, B >,          B const && >{});
static_assert(std::is_same< copy_cv_reference_t< volatile A       &&, B >, volatile B       && >{});
static_assert(std::is_same< copy_cv_reference_t< volatile A const &&, B >, volatile B const && >{});

我使用两种方法为自己发明了它：通过类型限定符的 id 和仅通过 SFINAE。

#include <type_traits>

#if 1
enum class type_qual_id
{
    value,
    const_value,
    lref,
    const_lref,
    rref,
    const_rref,
    volatile_value,
    volatile_const_value,
    volatile_lref,
    volatile_const_lref,
    volatile_rref,
    volatile_const_rref,
};

template< type_qual_id tqid, typename type > struct add_type_qualifier;
template< typename to > struct add_type_qualifier< type_qual_id::value               , to > { using type =          to         ; };
template< typename to > struct add_type_qualifier< type_qual_id::const_value         , to > { using type =          to const   ; };
template< typename to > struct add_type_qualifier< type_qual_id::lref                , to > { using type =          to       & ; };
template< typename to > struct add_type_qualifier< type_qual_id::const_lref          , to > { using type =          to const & ; };
template< typename to > struct add_type_qualifier< type_qual_id::rref                , to > { using type =          to       &&; };
template< typename to > struct add_type_qualifier< type_qual_id::const_rref          , to > { using type =          to const &&; };
template< typename to > struct add_type_qualifier< type_qual_id::volatile_value      , to > { using type = volatile to         ; };
template< typename to > struct add_type_qualifier< type_qual_id::volatile_const_value, to > { using type = volatile to const   ; };
template< typename to > struct add_type_qualifier< type_qual_id::volatile_lref       , to > { using type = volatile to       & ; };
template< typename to > struct add_type_qualifier< type_qual_id::volatile_const_lref , to > { using type = volatile to const & ; };
template< typename to > struct add_type_qualifier< type_qual_id::volatile_rref       , to > { using type = volatile to       &&; };
template< typename to > struct add_type_qualifier< type_qual_id::volatile_const_rref , to > { using type = volatile to const &&; };

template< type_qual_id tqid, typename to >
using add_qualifier_t = typename add_type_qualifier< tqid, to >::type;

template< typename type > constexpr type_qual_id get_type_qualifier_id                           = type_qual_id::value               ;
template< typename type > constexpr type_qual_id get_type_qualifier_id<          type const    > = type_qual_id::const_value         ;
template< typename type > constexpr type_qual_id get_type_qualifier_id<          type       &  > = type_qual_id::lref                ;
template< typename type > constexpr type_qual_id get_type_qualifier_id<          type const &  > = type_qual_id::const_lref          ;
template< typename type > constexpr type_qual_id get_type_qualifier_id<          type       && > = type_qual_id::rref                ;
template< typename type > constexpr type_qual_id get_type_qualifier_id<          type const && > = type_qual_id::const_rref          ;
template< typename type > constexpr type_qual_id get_type_qualifier_id< volatile type          > = type_qual_id::volatile_value      ;
template< typename type > constexpr type_qual_id get_type_qualifier_id< volatile type const    > = type_qual_id::volatile_const_value;
template< typename type > constexpr type_qual_id get_type_qualifier_id< volatile type       &  > = type_qual_id::volatile_lref       ;
template< typename type > constexpr type_qual_id get_type_qualifier_id< volatile type const &  > = type_qual_id::volatile_const_lref ;
template< typename type > constexpr type_qual_id get_type_qualifier_id< volatile type       && > = type_qual_id::volatile_rref       ;
template< typename type > constexpr type_qual_id get_type_qualifier_id< volatile type const && > = type_qual_id::volatile_const_rref ;

template< typename from, typename to >
using copy_cv_reference_t = add_qualifier_t< get_type_qualifier_id< from >, to >;

#else
#include <type_traits>

template< typename from, typename to >
struct copy_cv
{

    using type = to;

};

template< typename from, typename to >
struct copy_cv< from const, to >
    : copy_cv< from, to const >
{

};

template< typename from, typename to >
struct copy_cv< volatile from, to >
    : copy_cv< from, volatile to >
{

};

template< typename from, typename to >
struct copy_cv< volatile from const, to >
    : copy_cv< from, volatile to const >
{

};

template< typename from, typename to >
struct copy_reference 
{

    using type = to;

};

template< typename from, typename to >
struct copy_reference< from &, to >
    : copy_reference< from, to & >
{

};

template< typename from, typename to >
struct copy_reference< from &&, to >
    : copy_reference< from, to && >
{

};

template< typename from, typename to >
using copy_cv_reference_t = typename copy_reference< from, typename copy_cv< std::remove_reference_t< from >, to >::type >::type;

#endif

第一种方法看起来有点人为，但提供了一个“类型限定符 id”作为附加方面，后者在某些情况下可能很有用。第二种方法本质上是两步法。它可能有缺点。此外，还涉及std::remove_reference_t揭示cv限定类型。

一方面，我知道标准允许实现具有"intrinsic" type traits。另一方面，当前的 C++ 标准中没有类型特征。

copy_cv_reference_t 类型特征的最佳实现是什么？不仅在以上两者之间。有没有更好的方法来实现它？有没有相应的提案？

命名呢？ id 的顺序呢？

Answer 1

我还没有遇到任何需要这样的类型特征的用例，而且我不知道有任何提议。因此，我只能提供更紧凑且恕我直言更易于理解的实现：

template<typename T,typename U>
struct copy_cv_reference
{
private:
    using R = std::remove_reference_t<T>;
    using U1 = std::conditional_t<std::is_const<R>::value, std::add_const_t<U>, U>;
    using U2 = std::conditional_t<std::is_volatile<R>::value, std::add_volatile_t<U1>, U1>;
    using U3 = std::conditional_t<std::is_lvalue_reference<T>::value, std::add_lvalue_reference_t<U2>, U2>;
    using U4 = std::conditional_t<std::is_rvalue_reference<T>::value, std::add_rvalue_reference_t<U3>, U3>;
public:
    using type = U4;
};

template<typename T,typename U>
using copy_cv_reference_t = typename copy_cv_reference<T,U>::type;

Live example

您是否认为这是一种改进是主观的。

Answer 2

我建议您将特征/元功能分解为两部分。首先，良好的关注点分离：传播 cv-qualifiers 和传播 ref-qualifiers 这两个任务确实是不同的。我有时也单独使用这两者。例如。 with pointers qualifying_cv_of_t<A, B>* 不时出现，在这种情况下，我们绝对不希望指向引用的指针，因为它们是无效的。 （我的特征被命名为qualifying_*_of_t<A, B>，可以理解为“A 的相关属性符合B 的相关属性”。）

其次，后一个特征相当棘手要正确。也许您想机械地复制顶级引用（如果存在），在这种情况下没有什么可说的。另一方面，你说：

[...] 某种展开（例如，对于变体、可选、元组等）[...]

这绝对是我使用它的场景之一。我决定的一件事是，我真正关心的不是参考，而是价值类别。也就是说qualifying_t<X, Y>（传播一切的那个）在概念上代表decltype(expr.member)†，其中expr有类型

struct X { Y member; };

可能是 cv 合格的。该特征使得可以编写例如

template<typename T> qualifying_t<T, U> foo(T&& t)
{ return std::forward<T>(t).u; }

正确（假设 u 确实有类型 U），即使例如U 是一个引用类型。那么，这有多棘手？好吧，即使the Standard Committee 还没有弄清楚 C++14 → C++1z 转换的所有细节，以修复 C++11 → C++14 转换中引入的错误。我不会详细说明解决方案，因为我不相信一种尺寸适合所有人：例如。 std::tuple_element_t 和 std::get 形成了一个非常相似的特征/功能模板对，它们的作用与我上面概述的不同。

好消息是您可以根据需要编写任意数量的特征，将其与您的 qualifying_cv_of 结合起来，您就可以开始了（事实上我自己也有两个这样的特征！）。所以也许真正的答案不是将特征一分为二，而是根据需要分成多少。

---

†：目光敏锐的人可能已经注意到这里有什么东西，而是会假设像decltype( (expr.member) )这样的东西。至于哪个更可取，或者为什么，我还没有一个令人满意的答案。

Answer 3

这是一个boost::hana esque 系统，用于限定词，而不是参考。

enum class qualifier:unsigned char {
  none,
  is_const = 1<<1,
  is_volatile = 1<<2,
};
constexpr inline qualifier operator|(qualifier lhs,qualifier rhs){
  return qualifier( unsigned(lhs)|unsigned(rhs) );
}
constexpr inline bool operator&(qualifier lhs,qualifier rhs){
  return unsigned(lhs)&unsigned(rhs);
}
// not a simple alias to make operator overloading work right:
template<qualifier q>
struct qual_t:std::integral_constant<qualifier,q> {};
template<qualifier lhs, qualifier rhs>
constexpr qual_t<lhs|rhs> operator|(qual_t<lhs>,qual_t<rhs>){return {};}


template<class T>struct tag{using type=T;};
template<class Tag>using type_t=typename Tag::type;

template<class T>
constexpr qual_t<
  (std::is_const<T>{}?qualifier::is_const:qualifier::none)
 |(std::is_volatile<T>{}?qualifier::is_volatile:qualifier::none)
> qual(tag<T>={}){ return {}; }

template<class B, qualifier q,
  class Step1=std::conditional_t<q&qualifier::is_const,const B,B>,
  class R=std::conditional_t<q&qualifier::is_volatile,volatile Step1, Step1>
>
constexpr tag<R> add_qual( tag<B>={}, qual_t<q>={} ){ return {}; }

template<class T,qualifier Q>
auto operator+( tag<T> t, qual_t<Q> q ){
  return add_qual(t,q);
}

template<class B, qualifier q>
using add_qual_t=type_t<decltype(tag<B>{}+qual_t<q>{})>;

使用上述内容，您可以使用 tag<T> 类型或原始类型。

从限定词中分离参考工作对我来说很有意义。

想看文案吗？

template<class From, class To>
constexpr auto copy_qual(tag<From> from={}, tag<To> to={}){
  return to + qual(from);
}

可以转换为类型：

template<class From, class To>
using copy_qual_t=type_t<decltype(copy_qual<From,To>())>;

有点丑。

我们可以用引用做同样的事情

enum class ref_qualifier:unsigned char {
  none,
  rvalue,
  lvalue
};

包括参考折叠

constexpr inline ref_qualfier operator|(ref_qualifier lhs, ref_qualifier rhs){
  return ((unsigned)lhs>(unsigned)rhs)?lhs:rhs;
}
constexpr inline ref_qualfier operator&(ref_qualifier lhs, ref_qualifier rhs){
  return ((unsigned)lhs>(unsigned)rhs)?rhs:lhs;
}

等等。 （左值和右值限定符都以左值结尾）

我们可以写add_ref_qual和sub_ref_qual，用tags重载+和-。

template<class From, class To>
constexpr auto copy_ref_and_quals( tag<From> from, tag<To> to ) {
  auto from_ref = ref_qual(from);
  auto from_cv = qual(from-from_ref);
  auto to_ref = ref_qual(to);
  return (to-to_ref)+from_cv+to_ref+from_ref;
}

我们去掉 ref 限定条件，然后添加 from 的 cv 限定条件，然后再添加 from 和 to 的 ref 限定条件。

Answer 4

这是一个即插即用的解决方案：

#include<type_traits>
#include<cstddef>

static const std::size_t N = 42;

template<std::size_t N>
struct choice: choice<N-1> {};

template<>
struct choice<0> {};

template<typename T, typename U>
struct types {
    using basic = T;
    using decorated = U;
};

template<typename T, typename U>
auto f(choice<0>) { return types<T, U>{}; }

template<typename T, typename U, typename = std::enable_if_t<std::is_lvalue_reference<T>::value>>
auto f(choice<1>) {
    auto t = f<std::remove_reference_t<T>, U>(choice<N>{});
    using B = typename decltype(t)::basic;
    using D = typename decltype(t)::decorated;
    return types<B, std::add_lvalue_reference_t<D>>{};
}

template<typename T, typename U, typename = std::enable_if_t<std::is_rvalue_reference<T>::value>>
auto f(choice<2>) {
    auto t = f<std::remove_reference_t<T>, U>(choice<N>{});
    using B = typename decltype(t)::basic;
    using D = typename decltype(t)::decorated;
    return types<B, std::add_rvalue_reference_t<D>>{};
}

template<typename T, typename U, typename = std::enable_if_t<std::is_const<T>::value>>
auto f(choice<3>) {
    auto t = f<std::remove_const_t<T>, U>(choice<N>{});
    using B = typename decltype(t)::basic;
    using D = typename decltype(t)::decorated;
    return types<B, std::add_const_t<D>>{};
}

template<typename T, typename U, typename = std::enable_if_t<std::is_volatile<T>::value>>
auto f(choice<4>) {
    auto t = f<std::remove_volatile_t<T>, U>(choice<N>{});
    using B = typename decltype(t)::basic;
    using D = typename decltype(t)::decorated;
    return types<B, std::add_volatile_t<D>>{};
}

template<typename T, typename U>
auto f() {
    return f<T, U>(choice<N>{});
}

template<typename T, typename U = char>
using copy_cv_reference_t = typename decltype(f<T, U>())::decorated;

struct A;
struct B;

int main() {
    static_assert(std::is_same< copy_cv_reference_t<          A         , B >,          B          >{}, "!");
    static_assert(std::is_same< copy_cv_reference_t<          A const   , B >,          B const    >{}, "!");
    static_assert(std::is_same< copy_cv_reference_t< volatile A         , B >, volatile B          >{}, "!");
    static_assert(std::is_same< copy_cv_reference_t< volatile A const   , B >, volatile B const    >{}, "!");
    static_assert(std::is_same< copy_cv_reference_t<          A        &, B >,          B        & >{}, "!");
    static_assert(std::is_same< copy_cv_reference_t<          A const  &, B >,          B const  & >{}, "!");
    static_assert(std::is_same< copy_cv_reference_t< volatile A        &, B >, volatile B        & >{}, "!");
    static_assert(std::is_same< copy_cv_reference_t< volatile A const  &, B >, volatile B const  & >{}, "!");
    static_assert(std::is_same< copy_cv_reference_t<          A       &&, B >,          B       && >{}, "!");
    static_assert(std::is_same< copy_cv_reference_t<          A const &&, B >,          B const && >{}, "!");
    static_assert(std::is_same< copy_cv_reference_t< volatile A       &&, B >, volatile B       && >{}, "!");
    static_assert(std::is_same< copy_cv_reference_t< volatile A const &&, B >, volatile B const && >{}, "!");
}

Answer 5

实现这一点的一种简洁方法是使用一个小助手实用程序，该实用程序根据某些条件应用元函数：

template <template <typename...> class MFn, bool condition, typename T>
using apply_if_t = std::conditional_t<condition, MFn<T>, T>;

这允许我们组合不同的 cvref 限定符：

template <typename T>
using remove_cvref_t = std::remove_cv_t<std::remove_reference_t<T>>;

template <typename From, typename To>
using copy_cv_t =
    apply_if_t<std::add_volatile_t, std::is_volatile_v<From>,
        apply_if_t<std::add_const_t, std::is_const_v<From>,
            std::remove_cv_t<To>>>;

template <typename From, typename To>
using copy_ref_t =
    apply_if_t<std::add_rvalue_reference_t, std::is_rvalue_reference_t<From>,
        apply_if_t<std::add_lvalue_reference_t, std::is_lvalue_reference_t<From>,
            std::remove_reference_t<To>>>;

template <typename From, typename To>
using copy_cvref_t = copy_ref_t<From,
    copy_cv_t<std::remove_reference_t<From>, remove_cvref_t<To>>>;