C++11模板元编程—std::enable_if使用说明

青旅半醒 2022-09-09 04:49 110阅读 0赞

`std::enable_if` 顾名思义，满足条件时类型有效。作为选择类型的小工具，其广泛的应用在 C++ 的模板元编程中。它的定义也非常的简单：

// STRUCT TEMPLATE enable_if
    template <bool _Test, class _Ty = void>
    struct enable_if { }; // no member "type" when !_Test
    
    template <class _Ty>
    struct enable_if<true, _Ty> {  // type is _Ty for _Test
        using type = _Ty;
    };

由此可知，只有当第一个模板参数`_Test`为 `true` 时，`type` 才有定义（`type`即第二个模板参数`_Ty`）；否则使用 `type` 会产生编译错误，且默认模板参数可以让你不必指定类型。

另外`enable_if_t`是一个别名，其定义如下：

template <bool _Test, class _Ty = void>
    using enable_if_t = typename enable_if<_Test, _Ty>::type;

`std::enable_if`可以用作函数参数、返回类型或类模板或函数模板参数，以有条件地从重载中删除函数或类。

## 一、作为函数参数 ##

template<typename T>
    struct Check1
    { 
        //如果T的类型是int，则定义函数 int read(void* = nullptr)
    	template<typename U = T>
    	U read(typename std::enable_if_t<std::is_same_v<U, int> >* = nullptr) { 
    		return 42;
    	}
        
        //如果T的类型是double，则定义函数 double read(void* = nullptr)
    	template<typename U = T>
    	U read(typename std::enable_if_t<std::is_same_v<U, double> >* = nullptr) { 
    		return 3.14;
    	}
    };

### 使用示例 ###

Check1<int> c1;
    int x1 = c1.read();
    
    Check1<double> c2;
    double x2 = c2.read(0);

## 二、作为模板参数 ##

template<typename T>
    struct Check2
    { 
        //如果T的类型是int，则定义函数 int read()
    	template<typename U = T, typename std::enable_if_t<std::is_same_v<U, int>, int> = 0>
    	U read() { 
    		return 42;
    	}
        
        //如果T的类型是double，则定义函数 double read()
    	template<typename U = T, typename std::enable_if_t<std::is_same_v<U, double>, int> = 0>
    	U read() { 
    		return 3.14;
    	}
    };

也可以写成如下形式：

template<typename T>
    struct Check2
    { 
    	template<typename U = T, typename std::enable_if_t<std::is_same_v<U, int>>* = nullptr>
    	U read() { 
    		return 42;
    	}
    
    	template<typename U = T, typename std::enable_if_t<std::is_same_v<U, double>>* = nullptr>
    	U read() { 
    		return 3.14;
    	}
    };

## 三、作为返回值类型 ##

对于模板函数，有时希望根据不同的模板参数返回不同类型的值。

template<typename T>
    struct Check3
    { 
        //如果T的类型是int，则定义函数 int read()
    	template<typename U = T>
    	typename std::enable_if_t<std::is_same_v<U, int>, U> read() { 
    		return 42;
    	}
    
        //如果T的类型是double，则定义函数 double read()
    	template<typename U = T>
    	typename std::enable_if_t<std::is_same_v<U, double>, U> read() { 
    		return 3.14;
    	}
    };

利用auto关键字，可以写为如下形式：

// int goo<true>(int x)
    template<bool B>
    auto goo(int x) -> std::enable_if_t<B, int>
    { 
    	return 1;
    }
    
    // int goo<false>(int x)
    template<bool B>
    auto goo(int x) -> std::enable_if_t<!B, int>
    { 
    	return 2;
    }

## 四、类型偏特化 ##

在使用模板编程时，经常会用到根据模板参数的某些特性进行不同类型的选择，或者在编译时校验模板参数的某些特性。例如：

// T是其它类型
    template<typename T, typename = void>
    struct zoo;
    
    // 如果T是浮点类型
    template<typename T>
    struct zoo<T, std::enable_if_t<std::is_integral_v<T>>>
    { 
    };

## 五、concepts ##

C++20中利用concepts可以简化编写方式：

#ifdef __cpp_lib_concepts
    #include <concepts>
    #endif
    
    // 如果T是整数类型
    template<std::integral T>
    void display_concepts_1(T num)
    { 
    }
    
    // 如果T是整数类型
    void display_concepts(std::integral auto num)
    { 
    }
    
    // 如果T是浮点数类型
    void display_concepts(std::floating_point auto num)
    { 
    }

等价于如下形式：

// 如果T是整数类型
    template<typename T, typename std::enable_if_t<std::is_integral_v<T>>* = nullptr>
    void display_1(T num)
    { 
    }
    
    // 如果T是整数类型
    template<typename T>
    void display(typename std::enable_if_t<std::is_integral_v<T>>* = nullptr)
    { 
    }
    
    // 如果T是浮点数类型
    template<typename T>
    void display(typename std::enable_if_t<std::is_floating_point_v<T>>* = nullptr)
    { 
    }