具有在语法树中的节点上定义的层次结构的表达式模板

Question

我找到了对表达式模板的精彩解释 here。文中找到了算术的基本表达式模板实现，如下（稍作改编）：

#include <iostream>

template <typename T>
struct plus {
    T operator()(const T a, const T b) const { return a + b; }
};

template <class ExprT>
struct exprTraits {
    typedef ExprT expr_type;
};

template <class ExprT1, class ExprT2, class BinOp>
class BinaryExpr {
   public:
    BinaryExpr(ExprT1 e1, ExprT2 e2, BinOp op = BinOp()) : _expr1(e1), _expr2(e2), _op(op) {}
    double eval() const { return _op(_expr1.eval(), _expr2.eval()); }

   private:
    typename exprTraits<ExprT1>::expr_type _expr1;
    typename exprTraits<ExprT2>::expr_type _expr2;
    BinOp _op;
};

class Literal {
   public:
    Literal(const double v) : _val(v) {}
    double eval() const { return _val; }

   private:
    const double _val;
};

template <>
struct exprTraits<double> {
    typedef Literal expr_type;
};

class Variable {
   public:
    Variable(double& v) : _val(v) {}
    double eval() const { return _val; }

    void operator+=(double x) { _val += x; }

   private:
    double& _val;
};

class SpecialVariable : public Variable {
   public:
    SpecialVariable(double& v) : Variable{v} {};
    double eval() const { return -1000.0; }
};

template <class ExprT1, class ExprT2>
BinaryExpr<ExprT1, ExprT2, plus<double>> operator+(ExprT1 e1, ExprT2 e2) {
    return BinaryExpr<ExprT1, ExprT2, plus<double>>(e1, e2);
}

有三种类型的节点，Literal、Variable和SpecialVariable是后者的子类。这些特征允许在表达式中使用 double 等内置类型，而不用 Literal.

包装它们

现在，假设我想在添加 double 和 Variable 并将其加号分配给 Variable 时做一些特别的事情。我将以下成员函数添加到 Variable:

void operator+=(BinaryExpr<double, Variable, plus<double>> expr) { _val += 1000.0; }

并编写一个小测试程序：

int main(int argc, char const* argv[]) {
    double xd = 2.0, yd = 5.0;
    Variable x{xd};
    SpecialVariable y{yd};
    x += 3.0 + y;
    std::cout << "result : " << std::to_string(x.eval()) << "\n";
    return 0;
}

然而，这只适用于 Variables 而不是 SpecialVariables，即我得到以下编译器错误：

error: no match for ‘operator+=’ (operand types are ‘Variable’ and ‘BinaryExpr<double, SpecialVariable, plus<double> >’) x += 3.0 + y;
note:   no known conversion for argument 1 from ‘BinaryExpr<double, SpecialVariable, plus<double> >’ to ‘BinaryExpr<double, Variable, plus<double> >’

这是完全合理的，因为如果模板参数有关系，模板类不一定有关系。

问题：我怎样才能写一个operator+=接受表达式模板和可能是它们的子类型？我还没有看到解决这个特定问题的表达式模板教程。

Answer 1

Question: how can I write one operator+= that accepts expression templates with types and possibly their subtypes?

使用 std::is_base_of 和 SFINAE

template <typename V>
std::enable_if_t<std::is_base_of_v<Variable, V>>
   operator+= (BinaryExpr<double, V, plus<double>> expr)
 { _val += 1000.0; }

上述代码在 C++17 中编译。

如果您使用的是 C++14，则必须使用

std::is_base_of<Variable, V>::value

而不是

std::is_base_of_v<Variable, V>

如果您使用的是 C++11，则必须使用

typename std::enable_if<std::is_base_of<Variable, V>::value>::type

而不是

std::enable_if_t<std::is_base_of_v<Variable, V>>

具有在语法树中的节点上定义的层次结构的表达式模板

Expression templates with a hierarchy defined on the nodes in the syntax tree

c++

inheritance

templates

expression-templates