如何让 static_assert 与 SFINAE 一起玩得开心

Question

更新

我发布了 rebind 的工作草稿作为问题的答案。尽管我没有找到一种通用方法来防止 static_assert 破坏元功能。

基本上我想检查是否可以从其他类型 T<V, Args...> 构造模板类型 T<U, Args...>。其中 T 和 Args... 在两种类型中是相同的。问题是，T<> 中可能有一个 static_assert 完全破坏了我的元功能。

下面是我正在尝试做的事情的粗略总结。

template<typename T>
struct fake_alloc {
    using value_type = T;
};

template<typename T, typename Alloc = fake_alloc<T>>
struct fake_cont {
    using value_type = T;
    // comment the line below out, and it compiles, how can I get it to compile without commenting this out???
    static_assert(std::is_same<value_type, typename Alloc::value_type>::value, "must be the same type");
};

template<typename T, typename U, typename = void>
struct sample_rebind {
    using type = T;
};

template<template<typename...> class Container, typename T, typename U, typename... OtherArgs>
struct sample_rebind<
    Container<T, OtherArgs...>,
    U,
    std::enable_if_t<
        std::is_constructible<
            Container<T, OtherArgs...>,
            Container<U, OtherArgs...>
        >::value
    >
>
{
    using type = Container<U, OtherArgs...>;
};

static_assert(
    std::is_same<
        fake_cont<int, fake_alloc<int>>,
        typename sample_rebind<fake_cont<int>, double>::type
    >::value,
    "This should pass!"
);

如您所见，期望的行为是最终的 static_assert 应该通过，但不幸的是，它甚至没有达到这一点，因为 fake_cont 中的 static_assert 是当 std::is_constructible<> 试图调用 fake_cont 的构造函数时触发。

在真正的代码中fake_cont是libc++的std::vector，所以我不能修改它的胆量，或者std::is_constructible的胆量。

感谢任何解决此特定问题的建议，特别感谢任何关于 SFINAE 围绕 static_assert 的一般建议。

编辑：is_same 的第一部分应该是 fake_cont<int, fake_alloc<int>>

编辑 2：如果您注释掉 fake_cont 中的 static_assert，它会编译 (clang 3.5)。这就是我想要的。所以我只需要一些方法来避免 fake_cont.

中的 static_assert

Answer 1

namespace details {
  template<class T,class=void>
  struct extra_test_t: std::true_type {};
}

然后我们折叠一个额外的测试：

template<class...>struct types{using type=types;};

template<template<typename...> class Container, typename T, typename U, typename... OtherArgs>
struct sample_rebind<
  Container<T, OtherArgs...>,
  U,
  std::enable_if_t<
    details::extra_test_t< types< Container<T, OtherArgs...>, U > >::value
    && std::is_constructible<
      Container<T, OtherArgs...>,
      Container<U, OtherArgs...>
    >::value
  >
> {
  using type = Container<U, OtherArgs...>;
};

然后我们编写额外的测试：

namespace details {
  template<class T, class Alloc, class U>
  struct extra_test_t<
    types<std::vector<T,Alloc>, U>,
    typename std::enable_if<
      std::is_same<value_type, typename Alloc::value_type>::value
    >::type
  > : std::true_type {};
  template<class T, class Alloc, class U>
  struct extra_test_t<
    types<std::vector<T,Alloc>, U>,
    typename std::enable_if<
      !std::is_same<value_type, typename Alloc::value_type>::value
    >::type
  > : std::false_type {};
}

基本上，这让我们在测试中注入 "patches" 以匹配 static_assert.

如果我们有 is_std_container<T> 和 get_allocator<T>，我们可以写：

namespace details {
  template<template<class...>class Z,class T, class...Other, class U>
  struct extra_test_t<
    types<Z<T,Other...>>, U>,
    typename std::enable_if<
       is_std_container<Z<T,Other...>>>::value
       && std::is_same<
         value_type,
         typename get_allocator<Z<T,Other...>>::value_type
       >::value
    >::type
  > : std::true_type {};
  template<class T, class Alloc, class U>
  struct extra_test_t<
    types<std::vector<T,Alloc>, U>,
    typename std::enable_if<
       is_std_container<Z<T,Other...>>>::value
       && !std::is_same<
         value_type,
         typename get_allocator<Z<T,Other...>>::value_type
       >::value
    >::type
  > : std::false_type {};
}

或者我们可以声明任何带有 allocator_type 的东西都可能无法反弹。

解决此问题的容器感知能力更强的方法是提取分配器类型 (::allocator_type)，并用 [=19= 的重新绑定替换容器参数列表中分配器类型的所有实例] 以某种方式 U。这仍然很棘手，因为 std::map<int, int> 有一个 std::allocator< std::pair<const int, int> > 类型的分配器，并且不可能以通用方式区分键 int 和值 int。

Answer 2

我已经完成了一份非常可靠的重新绑定初稿。它适用于所有 STL 容器（除了不太常见的模板参数组合）、容器适配器和 std::integer_sequence。它可能也适用于更多的东西。但它肯定不会适用于所有情况。

主要的问题是让类似地图的类型像 Yakk 预测的那样工作，但一点类型特征帮助解决了这个问题。

接下来是代码...

void_t

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

Walter E. Brown 的这个小技巧使实现类型特征变得容易得多。

类型特征

template<class T, class = void>
struct is_map_like : std::false_type {};

template<template<class...> class C, class First, class Second, class... Others>
struct is_map_like<C<First, Second, Others...>,
                   std::enable_if_t<std::is_same<typename C<First, Second, Others...>::value_type::first_type,
                                                 std::add_const_t<First>>{} &&
                                    std::is_same<typename C<First, Second, Others...>::value_type::second_type,
                                                 Second>{}>>
    : std::true_type {};

template<class T, class U, class = void>
struct has_mem_rebind : std::false_type {};

template<class T, class U>
struct has_mem_rebind<T, U, void_t<typename T::template rebind<U>>> : std::true_type {};

template<class T>
struct is_template_instantiation : std::false_type {};

template<template<class...> class C, class... Others>
struct is_template_instantiation<C<Others...>> : std::true_type {};

is_map_like 使用了这样一个事实，即 STL 中的类映射类型都将 value_type 定义为 a(n) std::pair，首先是 consted map-like类型的模板参数，即pair中的first_type。 map-like 类型的第二个模板参数与 pair 的 second_type 完全匹配。 rebind 必须更小心地处理类似地图的类型。
has_mem_rebind 使用 void_t 技巧检测 T 上成员 rebind 元函数的存在。如果 class 有 rebind 那么我们将首先推迟到 classes 实现。
is_template_instantiation 检测类型 T 是否为模板实例化。这更多是为了调试。

助手类型列表

template<class... Types>
struct pack
{
    template<class T, class U>
    using replace = pack<
        std::conditional_t<
            std::is_same<Types, T>{},
            U,
            Types
        >...
    >;
    template<class T, class U>
    using replace_or_rebind = pack<
        std::conditional_t<
            std::is_same<Types, T>{},
            U,
            typename rebind<Types, U>::type
        >...
    >;
    template<class Not, class T, class U>
    using replace_or_rebind_if_not = pack<
        std::conditional_t<
            std::is_same<Types, Not>{},
            Types,
            std::conditional_t<
                std::is_same<Types, T>{},
                U,
                typename rebind<Types, U>::type
            >
        >...
    >;

    template<class T>
    using push_front = pack<T, Types...>;
};

这处理一些简单的列表，如类型操作

replace 以非递归方式将所有出现的 T 替换为 U。
replace_or_rebind 用 U 替换所有出现的 T，对于所有不匹配的出现，调用 rebind
replace_or_rebind_if_not 与 replace_or_rebind 相同，但会跳过任何匹配 Not
push_front 简单地将一个元素推到类型列表的前面

呼叫成员重新绑定

// has member rebind implemented as alias
template<class T, class U, class = void>
struct do_mem_rebind
{
    using type = typename T::template rebind<U>;
};

// has member rebind implemented as rebind::other
template<class T, class U>
struct do_mem_rebind<T, U, void_t<typename T::template rebind<U>::other>>
{
    using type = typename T::template rebind<U>::other;
};

事实证明，根据标准有两种不同的有效方法来实现成员 rebind。对于 allocators it's rebind<T>::other. For pointers，它只是 rebind<T>。如果 rebind<T>::other 存在，则 do_mem_rebind 的实现与 rebind<T>::other 一起使用，否则它会退回到更简单的 rebind<T>.

开箱

template<template<class...> class C, class Pack>
struct unpack;

template<template<class...> class C, class... Args>
struct unpack<C, pack<Args...>> { using type = C<Args...>; };

template<template<class...> class C, class Pack>
using unpack_t = typename unpack<C, Pack>::type;

这需要一个 pack，提取它包含的类型，并将它们放入其他模板 C。

重新绑定实施

好东西。

template<class T, class U, bool = is_map_like<T>{}, bool = std::is_lvalue_reference<T>{}, bool = std::is_rvalue_reference<T>{}, bool = has_mem_rebind<T, U>{}>
struct rebind_impl
{
    static_assert(!is_template_instantiation<T>{}, "Sorry. Rebind is not completely implemented.");
    using type = T;
};

// map-like container
template<class U, template<class...> class C, class First, class Second, class... Others>
class rebind_impl<C<First, Second, Others...>, U, true, false, false, false>
{
    using container_type = C<First, Second, Others...>;
    using value_type = typename container_type::value_type;
    using old_alloc_type = typename container_type::allocator_type;

    using other_replaced = typename pack<Others...>::template replace_or_rebind_if_not<old_alloc_type, First, typename U::first_type>;

    using new_alloc_type = typename std::allocator_traits<old_alloc_type>::template rebind_alloc<std::pair<std::add_const_t<typename U::first_type>, typename U::second_type>>;
    using replaced = typename other_replaced::template replace<old_alloc_type, new_alloc_type>;

    using tail = typename replaced::template push_front<typename U::second_type>;
public:
    using type = unpack_t<C, typename tail::template push_front<typename U::first_type>>;
};

// has member rebind
template<class T, class U>
struct rebind_impl<T, U, false, false, false, true>
{
    using type = typename do_mem_rebind<T, U>::type;
};

// has nothing, try rebind anyway
template<template<class...> class C, class T, class U, class... Others>
class rebind_impl<C<T, Others...>, U, false, false, false, false>
{
    using tail = typename pack<Others...>::template replace_or_rebind<T, U>;
public:
    using type = unpack_t<C, typename tail::template push_front<U>>;
};

// has nothing, try rebind anyway, including casting NonType template parameters
template<class T, template<class, T...> class C, class U, T FirstNonType, T... Others>
struct rebind_impl<C<T, FirstNonType, Others...>, U, false, false, false, false>
{
    using type = C<U, U(FirstNonType), U(Others)...>;
};

// array takes a non-type parameter parameters
template<class T, class U, std::size_t Size>
struct rebind_impl<std::array<T, Size>, U, false, false, false, false>
{
    using type = std::array<U, Size>;
};

// pointer
template<class T, class U>
struct rebind_impl<T*, U, false, false, false, false>
{
    using type = typename std::pointer_traits<T*>::template rebind<U>;
};

// c-array
template<class T, std::size_t Size, class U>
struct rebind_impl<T[Size], U, false, false, false, false>
{
    using type = U[Size];
};

// c-array2
template<class T, class U>
struct rebind_impl<T[], U, false, false, false, false>
{
    using type = U[];
};

// lvalue ref
template<class T, class U>
struct rebind_impl<T, U, false, true, false, false>
{
    using type = std::add_lvalue_reference_t<std::remove_reference_t<U>>;
};

// rvalue ref
template<class T, class U>
struct rebind_impl<T, U, false, false, true, false>
{
    using type = std::add_rvalue_reference_t<std::remove_reference_t<U>>;
};

rebind 的失败案例是简单地保持类型不变。这允许调用 rebind<Types, double>... 而不必担心 Types 中的每个 Type 是否是 rebindable。那里有一个 static_assert 以防它收到模板实例化。如果命中，您可能需要 rebind
类地图 rebind 期望像 rebind<std::map<int, int>, std::pair<double, std::string>> 一样被调用。所以分配器被反弹到的类型与容器被反弹到的类型并不完全匹配。它对除 Key 和 Value 类型之外的所有类型执行 replace_or_rebind_if_not，其中 if_not 是 allocator_type。由于分配器类型不同于 key/value 对 rebind 需要修改该对第一个元素的 constness。它使用 std::allocator_traits 重新绑定分配器，因为所有分配器都必须可以通过 std::allocator_traits.
如果 T 有一个成员 rebind，使用那个。
如果 T 没有成员 rebind，replace_or_rebind 匹配 C 的第一个模板参数的模板 C 的所有参数。
如果T有一个类型参数，以及一堆类型与该参数匹配的非类型模板参数。尝试将所有这些非类型参数重铸为 U。这就是使 std::integer_sequence 工作的情况。
std::array 需要一个特殊情况，因为它需要一个非类型模板参数来指定它的大小，并且该模板参数应该单独保留。
这种情况允许将指针重新绑定到其他指针类型。它使用 std::pointer_traits 的 rebind 来完成此操作。
让 rebind 处理大小的 c 数组例如：T[5]
让 rebind 处理没有大小的 c 数组例如：T[]
rebinds 左值引用 T 类型为保证左值引用 std::remove_reference_t<U>.
rebinds rvalue-ref T types to a guaranteed rvalue-ref to std::remove_reference_t<U>.

派生（公开）Class

template<class T, class U>
struct rebind : details::rebind_impl<T, U> {};

template<class T, class U>
using rebind_t = typename rebind<T, U>::type;

返回 SFINAE 和 static_assert

经过多次谷歌搜索后，似乎没有像 libc++ 的 STL 容器中那样的 SFINAE 围绕 static_assert 的通用方法。这真的让我希望这种语言有一些更 SFINAE 友好的东西，但比概念更特别。

喜欢：

template<class T>
    static_assert(CACHE_LINE_SIZE == 64, "")
struct my_struct { ... };

如何让 static_assert 与 SFINAE 一起玩得开心

How to make static_assert play nice with SFINAE

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