如何检查模板参数是否是具有给定签名的可调用对象

Question

基本上，我想要实现的是注册可调用（函数、lambda、带有调用运算符的结构）具有正确签名的编译时验证（可能带有很好的错误消息）。示例（static_assert的内容要填写）：

struct A {
  using Signature = void(int, double);

  template <typename Callable>
  void Register(Callable &&callable) {
    static_assert(/* ... */);
    callback = callable;
  }

  std::function<Signature> callback;
};

Answer 1

您可以使用std::is_convertible（C++11 起），例如

static_assert(std::is_convertible_v<Callable&&, std::function<Signature>>, "Wrong Signature!");

或

static_assert(std::is_convertible_v<decltype(callable), decltype(callback)>, "Wrong Signature!");

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Answer 2

在 C++17 中有一个 trait is_invocable<Callable, Args...>，它完全符合您的要求。与is_convertible<std::function<Signature>,...> 相比，它的优势在于您不必指定返回类型。 这听起来可能有点矫枉过正，但最近我遇到了不得不使用它的问题，正是我的包装函数从传递的 Callable 中推断出它的返回类型，但我已经传递了像 [](auto& x){return 2*x;} 这样的模板化 lambda，所以它的返回类型在子调用。我无法将其转换为 std::function，最终我使用了 C++14 的 is_invocable 的本地实现。我找不到我从哪里得到它的链接......无论如何，代码：

template <class F, class... Args>
struct is_invocable
{
    template <class U>
    static auto test(U* p) -> decltype((*p)(std::declval<Args>()...), void(), std::true_type());
    template <class U>
    static auto test(...) -> decltype(std::false_type());

    static constexpr bool value = decltype(test<F>(0))::value;
};

对于你的例子：

struct A {
using Signature = void(int, double);

template <typename Callable>
void Register(Callable &&callable) {
    static_assert(is_invocable<Callable,int,double>::value, "not foo(int,double)");
    callback = callable;
}

std::function<Signature> callback;
};

Answer 3

大部分答案都集中在基本回答这个问题上：你能调用具有这些类型值的给定函数对象吗？这与匹配签名不同，因为它允许您说您不想要的许多隐式转换。为了获得更严格的匹配，我们必须做一堆 TMP。首先，这个答案：Call function with part of variadic arguments 展示了如何获取参数的确切类型和可调用的返回类型。代码转载在这里：

template <typename T>
struct function_traits : public function_traits<decltype(&T::operator())>
{};

template <typename ClassType, typename ReturnType, typename... Args>
struct function_traits<ReturnType(ClassType::*)(Args...) const>
{
    using result_type = ReturnType;
    using arg_tuple = std::tuple<Args...>;
    static constexpr auto arity = sizeof...(Args);
};

template <typename R, typename ... Args>
struct function_traits<R(&)(Args...)>
{
    using result_type = R;
    using arg_tuple = std::tuple<Args...>;
    static constexpr auto arity = sizeof...(Args);
};

完成后，您现在可以在代码中放置一系列静态断言：

struct A {
  using Signature = void(int, double);

  template <typename Callable>
  void Register(Callable &&callable) {
    using ft = function_traits<Callable>;
    static_assert(std::is_same<int,
        std::decay_t<std::tuple_element_t<0, typename ft::arg_tuple>>>::value, "");
    static_assert(std::is_same<double,
        std::decay_t<std::tuple_element_t<1, typename ft::arg_tuple>>>::value, "");
    static_assert(std::is_same<void,
        std::decay_t<typename ft::result_type>>::value, "");

    callback = callable;
  }

  std::function<Signature> callback;
};

由于您是按值传递，这基本上就是您所需要的。如果您通过引用传递，我会在您使用其他答案之一的地方添加一个额外的静态断言；大概是宋元瑶的回答。这将处理例如基本类型相同但 const 限定方向错误的情况。

当然，您可以在类型 Signature 上使这一切都通用，而不是像我所做的那样（简单地重复静态断言中的类型）。这会更好，但它会给已经很重要的答案添加更复杂的 TMP；如果你觉得你会在许多不同的Signatures 上使用它，或者它经常更改，那么可能也值得添加该代码。

下面是一个活生生的例子：http://coliru.stacked-crooked.com/a/cee084dce9e8dc09。特别是我的例子：

void foo(int, double) {}
void foo2(double, double) {}

int main()
{
    A a;
    // compiles
    a.Register([] (int, double) {});
    // doesn't
    //a.Register([] (int, double) { return true; });
    // works
    a.Register(foo);
    // doesn't
    //a.Register(foo2);
}

Answer 4

如果您接受在可变参数模板类中转换A，则可以使用decltype()，只有在callable兼容的情况下才能激活Register，如下所示

template <typename R, typename ... Args>
struct A
 {
   using Signature = R(Args...);

   template <typename Callable>
   auto Register (Callable && callable)
      -> decltype( callable(std::declval<Args>()...), void() )
    { callback = callable; }

   std::function<Signature> callback;
 };

这样，如果你愿意，用一个不兼容的函数调用Register()，你可以获得一个软错误并激活另一个Register()函数

void Register (...)
 { /* do something else */ };

Answer 5

当您可以使用 C++17 时，这是 @R2RT 答案的另一个版本。我们可以使用 trait is_invocable_r 来完成这项工作：

struct Registry {
  std::function<void(int, double)> callback;

  template <typename Callable, 
      std::enable_if_t<
          std::is_invocable_r_v<void, Callable, int, double>>* = nullptr>
  void Register(Callable callable) {
    callback = callable;
  }
};

int main() {
  Registry r;
  r.Register([](int a, double b) { std::cout << a + b << std::endl; });
  r.callback(35, 3.5);
}

打印出来 38.5

std::is_invocable_r 的优点在于它允许您控制返回类型以及参数类型，而 std::is_invocable 仅适用于可调用的参数类型。

Answer 6

您可以使用检测成语，它是 sfinae 的一种形式。我相信这适用于 c++11。

template <typename...>
using void_t = void;

template <typename Callable, typename enable=void>
struct callable_the_way_i_want : std::false_type {};

template <typename Callable>
struct callable_the_way_i_want <Callable, void_t <decltype (std::declval <Callable>()(int {},double {}))>> : std::true_type {};

然后你可以像这样在你的代码中写一个静态断言：

static_assert (is_callable_the_way_i_want <Callable>::value, "Not callable with required signature!");

与我在上面看到的答案相比，这样做的优势是：

• 它适用于任何可调用对象，而不仅仅是 lambda
• 没有运行时开销或std::function 业务。 std::function 可能会导致动态分配，例如，这是不必要的。
• 您实际上可以针对测试写一个 static_assert 并在其中放置一个很好的人类可读错误消息

Tartan Llama 写了一篇关于这项技术的精彩博文，以及几种替代方法，看看吧！ https://blog.tartanllama.xyz/detection-idiom/

如果您经常需要这样做，那么您可能需要查看 callable_traits 库。