强类型使用和 typedef

Question

在我们的项目中，我们使用了很多 "usings" 来明确说明变量应该表示什么。它主要用于 std::string 标识符，如 PortalId 或 CakeId。现在我们目前能做的是

using PortalId = std::string;
using CakeId   = std::string;

PortalId portal_id("2");
CakeId cake_id("is a lie");

portal_id = cake_id; // OK

我们不喜欢。我们希望在编译期间进行类型检查，以防止我们在保留原始对象的大部分 yum yum 方法的同时将苹果和橘子混合在一起。

所以问题是 - 这是否可以在 C++ 中完成，这样用法将接近以下内容，赋值会失败，我们仍然可以将它与地图和其他容器一起使用？

SAFE_TYPEDEF(std::string, PortalId);
SAFE_TYPEDEF(std::string, CakeId);

int main()
{
    PortalId portal_id("2");
    CakeId cake_id("is a lie");
    std::map<CakeId, PortalId> p_to_cake; // OK

    p_to_cake[cake_id]   = portal_id; // OK
    p_to_cake[portal_id] = cake_id;   // COMPILER ERROR

    portal_id = cake_id;        // COMPILER ERROR
    portal_id = "1.0";          // COMPILER ERROR
    portal_id = PortalId("42"); // OK
    return 0;

}

我们已经尝试过将宏与模板结合使用，但未能完全满足我们的需求。并添加 - 我们可以使用 c++17.

编辑： 我们想出的代码是

#define SAFE_TYPEDEF(Base, name) \
class name : public Base { \
public: \
    template <class... Args> \
    explicit name (Args... args) : Base(args...) {} \
    const Base& raw() const { return *this; } \
};

很难看~~而且不起作用。而且它不起作用我的意思是编译器可以使用 portal_id = cake_id;~~.

EDIT2: 添加了 explicit 关键字，我们的代码实际上可以很好地用于我们的示例。不确定这是否是正确的方法以及它是否涵盖所有不幸的情况。

Answer 1

如果有一个标准的方法来做到这一点就好了，但目前还没有。将来可能会标准化一些东西：有一篇关于 Opaque Typedefs which tries to do this with function alias and a richer inheritance construct and one on Named Types 的论文，它采用了一种更简单的方法，使用一个新关键字来引入强类型定义，或者你想怎么称呼它。

Boost 序列化库提供 BOOST_STRONG_TYPEDEF，它可能会满足您的需求。

这是您的 SAFE_TYPEDEF 的直接替代品，它只是 BOOST_STRONG_TYPEDEF，没有其他增强依赖项，并稍作修改，因此您无法从 typedefd 类型分配.我还添加了移动构造函数和赋值运算符，并使用了 default:

namespace detail {
    template <typename T> class empty_base {};
}

template <class T, class U, class B = ::detail::empty_base<T> >
struct less_than_comparable2 : B
{
     friend bool operator<=(const T& x, const U& y) { return !(x > y); }
     friend bool operator>=(const T& x, const U& y) { return !(x < y); }
     friend bool operator>(const U& x, const T& y)  { return y < x; }
     friend bool operator<(const U& x, const T& y)  { return y > x; }
     friend bool operator<=(const U& x, const T& y) { return !(y < x); }
     friend bool operator>=(const U& x, const T& y) { return !(y > x); }
};

template <class T, class B = ::detail::empty_base<T> >
struct less_than_comparable1 : B
{
     friend bool operator>(const T& x, const T& y)  { return y < x; }
     friend bool operator<=(const T& x, const T& y) { return !(y < x); }
     friend bool operator>=(const T& x, const T& y) { return !(x < y); }
};

template <class T, class U, class B = ::detail::empty_base<T> >
struct equality_comparable2 : B
{
     friend bool operator==(const U& y, const T& x) { return x == y; }
     friend bool operator!=(const U& y, const T& x) { return !(x == y); }
     friend bool operator!=(const T& y, const U& x) { return !(y == x); }
};

template <class T, class B = ::detail::empty_base<T> >
struct equality_comparable1 : B
{
     friend bool operator!=(const T& x, const T& y) { return !(x == y); }
};

template <class T, class U, class B = ::detail::empty_base<T> >
struct totally_ordered2
    : less_than_comparable2<T, U
    , equality_comparable2<T, U, B
      > > {};

template <class T, class B = ::detail::empty_base<T> >
struct totally_ordered1
    : less_than_comparable1<T
    , equality_comparable1<T, B
      > > {};

#define SAFE_TYPEDEF(T, D)                                      \
struct D                                                        \
    : totally_ordered1< D                                       \
    , totally_ordered2< D, T                                    \
    > >                                                         \
{                                                               \
    T t;                                                        \
    explicit D(const T& t_) : t(t_) {};                         \
    explicit D(T&& t_) : t(std::move(t_)) {};                   \ 
    D() = default;                                              \
    D(const D & t_) = default;                                  \
    D(D&&) = default;                                           \
    D & operator=(const D & rhs) = default;                     \
    D & operator=(D&&) = default;                               \
    operator T & () { return t; }                               \
    bool operator==(const D & rhs) const { return t == rhs.t; } \
    bool operator<(const D & rhs) const { return t < rhs.t; }   \
};

Live Demo

Answer 2

这是一个最小的完整解决方案，可以满足您的需求。

您可以添加更多运算符等，使 class 更加有用。

#include <iostream>
#include <string>
#include <map>

// define some tags to create uniqueness 
struct portal_tag {};
struct cake_tag {};

// a string-like identifier that is typed on a tag type   
template<class Tag>
struct string_id
{
    // needs to be default-constuctable because of use in map[] below
    string_id(std::string s) : _value(std::move(s)) {}
    string_id() : _value() {}

    // provide access to the underlying string value        
    const std::string& value() const { return _value; }
private:
    std::string _value;

    // will only compare against same type of id.
    friend bool operator < (const string_id& l, const string_id& r) {
        return l._value < r._value;
    }
};


// create some type aliases for ease of use    
using PortalId = string_id<portal_tag>;
using CakeId = string_id<cake_tag>;

using namespace std;

// confirm that requirements are met
auto main() -> int
{
    PortalId portal_id("2");
    CakeId cake_id("is a lie");
    std::map<CakeId, PortalId> p_to_cake; // OK

    p_to_cake[cake_id]   = portal_id; // OK
//    p_to_cake[portal_id] = cake_id;   // COMPILER ERROR

//    portal_id = cake_id;        // COMPILER ERROR
//    portal_id = "1.0";          // COMPILER ERROR
    portal_id = PortalId("42"); // OK
    return 0;
}

这是一个更新版本，它还可以处理哈希映射、流式传输到 ostream 等。

您会注意到我没有提供转换为 string 的运算符。这是故意的。我要求此 class 的用户通过提供 to_string.

的重载来明确表达将其用作字符串的意图

#include <iostream>
#include <string>
#include <map>
#include <unordered_map>

// define some tags to create uniqueness
struct portal_tag {};
struct cake_tag {};

// a string-like identifier that is typed on a tag type
template<class Tag>
struct string_id
{
    using tag_type = Tag;

    // needs to be default-constuctable because of use in map[] below
    string_id(std::string s) : _value(std::move(s)) {}
    string_id() : _value() {}

    // provide access to the underlying string value
    const std::string& value() const { return _value; }
private:
    std::string _value;

    // will only compare against same type of id.
    friend bool operator < (const string_id& l, const string_id& r) {
        return l._value < r._value;
    }

    friend bool operator == (const string_id& l, const string_id& r) {
        return l._value == r._value;
    }

    // and let's go ahead and provide expected free functions
    friend
    auto to_string(const string_id& r)
    -> const std::string&
    {
        return r._value;
    }

    friend
    auto operator << (std::ostream& os, const string_id& sid)
    -> std::ostream&
    {
        return os << sid.value();
    }

    friend
    std::size_t hash_code(const string_id& sid)
    {
        std::size_t seed = typeid(tag_type).hash_code();
        seed ^= std::hash<std::string>()(sid._value);
        return seed;
    }

};

// let's make it hashable

namespace std {
    template<class Tag>
    struct hash<string_id<Tag>>
    {
        using argument_type = string_id<Tag>;
        using result_type = std::size_t;

        result_type operator()(const argument_type& arg) const {
            return hash_code(arg);
        }
    };
}


// create some type aliases for ease of use
using PortalId = string_id<portal_tag>;
using CakeId = string_id<cake_tag>;

using namespace std;

// confirm that requirements are met
auto main() -> int
{
    PortalId portal_id("2");
    CakeId cake_id("is a lie");
    std::map<CakeId, PortalId> p_to_cake; // OK

    p_to_cake[cake_id]   = portal_id; // OK
    //    p_to_cake[portal_id] = cake_id;   // COMPILER ERROR

    //    portal_id = cake_id;        // COMPILER ERROR
    //    portal_id = "1.0";          // COMPILER ERROR
    portal_id = PortalId("42"); // OK

    // extra checks

    std::unordered_map<CakeId, PortalId> hashed_ptocake;
    hashed_ptocake.emplace(CakeId("foo"), PortalId("bar"));
    hashed_ptocake.emplace(CakeId("baz"), PortalId("bar2"));

    for(const auto& entry : hashed_ptocake) {
        cout << entry.first << " = " << entry.second << '\n';

        // exercise string conversion
        auto s = to_string(entry.first) + " maps to " + to_string(entry.second);
        cout << s << '\n';
    }

    // if I really want to copy the values of dissimilar types I can express it:

    const CakeId cake1("a cake ident");
    auto convert = PortalId(to_string(cake1));

    cout << "this portal is called '" << convert << "', just like the cake called '" << cake1 << "'\n";


    return 0;
}

Answer 3

到目前为止提供的解决方案似乎过于复杂，所以这是我的尝试：

#include <string>

enum string_id {PORTAL, CAKE};

template <int ID> class safe_str : public std::string {
    public:
    using std::string::string;
};

using PortalId = safe_str<PORTAL>;
using CakeId = safe_str<CAKE>;

Answer 4

最近我遇到了一个名为 NamedTypes 的库，它提供了精美包装的语法糖来完全满足我们的需求！使用该库，我们的示例将如下所示：

namespace fl = fluent;
using PortalId = fl::NamedType<std::string, struct PortalIdTag>;
using CakeId = fl::NamedType<std::string, struct CakeIdTag, fl::Comparable>;

int main()
{
    PortalId portal_id("2");
    CakeId cake_id("is a lie");
    std::map<CakeId, PortalId> p_to_cake; // OK

    p_to_cake.emplace(cake_id, portal_id); // OK
    // p_to_cake.emplace(portal_id, cake_id);  // COMPILER ERROR

    // portal_id = cake_id;        // COMPILER ERROR
    // portal_id = "1.0";          // COMPILER ERROR
    portal_id = PortalId("42"); // OK
    return 0;
}

NamedTypes 库提供了更多附加属性，例如 Printable、Incrementable、Hashable 等，您可以使用它们来创建例如数组和类似的强类型索引。有关详细信息，请参阅链接的存储库。

注意 .emplace(..) 方法的用法，这是必需的，因为 NamedType 不是 []operator 所要求的默认构造。

强类型使用和 typedef

Strongly typed using and typedef

c++

c++14

c++17