将类型附加到标量的首选机制？

Question

[ 编辑：将 meters/yards 更改为 foo/bar；这与将米转换为码无关。 ]

将类型附加到标量（例如 double）的最佳方法是什么？典型的用例是度量单位（但我不是在寻找实际的实现，boost has one）。

这看起来很简单：

template <typename T>
struct Double final
{
    typedef T type;
    double value;
};

namespace tags
{
    struct foo final {};
    struct bar final {};
}
constexpr double FOOS_TO_BARS_ = 3.141592654;
inline Double<tags::bar> to_bars(const Double<tags::foo>& foos)
{
    return Double<tags::bar> { foos.value * FOOS_TO_BARS_ };
}

static void test(double value)
{
    using namespace tags;
    const Double<foo> value_in_foos{ value };    
    const Double<bar> value_in_bars = to_bars(value_in_foos);
}

真的是这样吗？或者这种方法是否存在隐藏的复杂性或其他重要考虑因素？

这似乎远远优于

   inline double foos_to_bars(double foos)
   {
      return foos * FOOS_TO_BARS_;
   }

几乎没有增加任何复杂性或开销。

Answer 1

在我看来，您的方法设计过度，导致错误难以发现。即使在这一点上，您引入的句法复杂性也使您的转换变得不准确：您超出了小数点后第 8 位有效数字。

标准换算是1英寸是25.4mm，也就是说一码正好是0.9144m。

这个和它的倒数都不能用 IEEE754 二进制浮点数精确表示。

如果我是你我会定义

constexpr double METERS_IN_YARDS = 0.9144;

constexpr double YARDS_IN_METERS = 1.0 / 0.9144;

避免错误，并以老式的方式处理双精度浮点运算。

Answer 2

我会采用基于比率的方法，很像 std::chrono。（Howard Hinnant 在他最近的 C++Con 2016 中展示了它 talk about <chrono>）

template<typename Ratio = std::ratio<1>, typename T = double>
struct Distance
{
    using ratio = Ratio;
    T value;
};

template<typename To, typename From>
To distance_cast(From f)
{
    using r = std::ratio_divide<typename To::ratio, typename From::ratio>;
    return To{ f.value * r::den / r::num };
}

using yard = Distance<std::ratio<10936133,10000000>>;
using meter = Distance<>;
using kilometer = Distance<std::kilo>;
using foot = Distance<std::ratio<3048,10000>>;

demo

这是一个天真的实现，可能会得到很大的改进（至少通过在安全的地方允许隐式转换），但它是一个概念证明，并且可以简单地扩展。

优点：

meter m = yard{10}要么是编译时错误，要么是安全隐式转换，
漂亮的类型名称，您必须非常努力地反对解决方案才能进行无效转换
使用简单

缺点：

可能存在整数 overflows/precision 个问题（可能会因实施质量而有所缓解？）
正确实施可能并不简单

Answer 3

首先，是的，我认为你提出的方式是很合理的，但是否优先要视情况而定。您的方法的优点是您定义的转换可能不仅仅是简单的乘法（例如摄氏度和华氏度）。

然而，您的方法确实创建了不同的类型，这导致需要创建转换，这可能是好是坏，具体取决于使用情况。

（我很感激你的码数和米数只是一个例子，我也会用它作为例子）

如果我正在编写处理长度的代码，（大部分）逻辑将是相同的，无论单位是什么。虽然我可以使包含该逻辑的函数成为一个模板，因此它可以采用不同的单元，但仍然有一个合理的用例，其中需要来自 2 个不同来源的数据并提供给不同的单元。在这种情况下，我宁愿处理一个长度 class 而不是每个单位一个 class，这些长度可以保存它们的转换信息，也可以只使用一个固定单位并在input/output 个阶段。

另一方面，当我们针对不同的测量使用不同的类型时，例如长度、面积、温度。在这些类型之间没有默认转换是一件好事。还好我不会不小心给温度加上长度。

（当然类型相乘是不一样的）

将类型附加到标量的首选机制？

preferred mechanism to attach a type to a scalar?

c++

templates

types

units-of-measurement