"this object looks like a 3D vector" 的概念

Question

我有一个项目使用了一些库，其中每个库都定义了某种 3D 向量，例如我在其他库上使用 SFML's 3D vector in some parts of the code, reactphysics3d's Vector3，还有另一个 3D来自另一个库的向量。

现在我需要为每个向量编写叉积和 std::ostream &operator << 代码：

constexpr sf::Vector3f cross(const sf::Vector3f &a, const sf::Vector3f &b)
{
    return { a.y * b.z - a.z * b.y, a.z * b.x - a.x * b.z, a.x * b.y - a.y * b.x};
}

std::ostream &operator <<(std::ostream &o, const sf::Vector3f &v)
{
    return o << '{' << v.x << ", " << v.y << ", " << v.z << '}';
}

// ... repeat for every 3D vector type

这意味着很多代码重复，所以我改变了方法：

template <typename vector3a_t, typename vector3b_t>
constexpr vector3a_t cross(const vector3a_t &a, const vector3b_t &b)
{
    return { a.y * b.z - a.z * b.y, a.z * b.x - a.x * b.z, a.x * b.y - a.y * b.x};
}

现在 cross 函数有两种类型，它们预期具有成员 x、y 和 z，但显然这不适用于 std::ostream &operator <<:

template <typename vector3_t>
std::ostream &operator <<(std::ostream &o, const vector3_t &v)
{
    return o << '{' << v.x << ", " << v.y << ", " << v.z << '}';
}

因为模板类型 vector3_t 遮蔽了所有内容，所以我想知道是否可以限制函数接受任何符合“ 应该看起来像 3D 矢量的概念的类型":

template <typename vector_t>
concept vector3_c = requires(vector_t v) { // error: expected unqualified-id
    { std::is_scalar_v<decltype(v.x)> } -> true;
    { std::is_scalar_v<decltype(v.y)> } -> true;
    { std::is_scalar_v<decltype(v.z)> } -> true;
};

template <vector3_c A, vector3_c B>
constexpr decltype(A) cross(const A &a, const B &b)
{
    return { a.y * b.z - a.z * b.y, a.z * b.x - a.x * b.z, a.x * b.y - a.y * b.x};
}

template <vector3_c V>
std::ostream &operator <<(std::ostream &o, const V &v)
{
    return o << '{' << v.x << ", " << v.y << ", " << v.z << '}';
}

但这甚至无法编译。这是我第一次尝试概念，我不知道我正在尝试做的事情是否可行。

Answer 1

这个

template <typename vector_t>
concept vector3_c = requires(vector_t v) { // error: expected unqualified-id
    { std::is_scalar_v<decltype(v.x)> } -> true;    
};

只会检查表达式 std::is_scalar_v<decltype(v.x)> 的 有效性 。另外，return-type-requirement约束的是类型而不是值，所以-> true不正确，应该是->std::same_as<bool>.

您应该使用嵌套 requires 来计算表达式的值，例如

template<typename vector_t>
concept vector3_c = requires(vector_t v) {
  requires std::is_scalar_v<decltype(v.x)> && 
           std::is_scalar_v<decltype(v.y)> &&
           std::is_scalar_v<decltype(v.z)>;
};

Demo

如果只是想检测一个struct是否有有效的成员变量，使用{v.x} -> scalar

形式的约束表达式更直观

template<typename T>
concept scalar = std::is_scalar_v<T>;

template<typename vector_t>
concept vector3_c = requires(vector_t v) {
  { auto(v.x) } -> scalar;
  { auto(v.y) } -> scalar;
  { auto(v.z) } -> scalar;
};

其中auto(x)是C++23支持decay-copy的语言，我们可以利用它来去除成员变量访问的引用。

Demo

Answer 2

如果您想要检查一个类型是否具有作为标量的 x、y、z 成员，您可以这样做：

//Ensures that the user won't do something weird
template<typename T>
concept ref_to_scalar = std::is_reference_v<T> && std::is_scalar_v<std::remove_reference_t<T>>;

template<typename Vec>
concept vector_2d = requires(Vec v) {
  {v.x} -> ref_to_scalar;
  {v.y} -> ref_to_scalar;
};

//vec3d subsumes vec2d
template<typename Vec>
concept vector_3d = vector_2d<Vec> && requires(Vec v) {
  {v.z} -> ref_to_scalar;
};

"this object looks like a 3D vector" 的概念

Concept for "this object looks like a 3D vector"

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