在元编程中强制执行不变量

Question

我希望能够检查元程序中使用的类的不变量。我的第一个天真的方法是

template <int N>
struct digit
{
  static_assert((N >= 0) && (N < 10), "bad invariant");
};

using boom = digit<99>;

然而，这编译没有任何问题。只有在构造非法类时才会触发静态断言。

添加额外的模板参数时是可能的：

#include <type_traits>

template <int N, 
          typename = typename std::enable_if<(N >= 0) && (N < 10)>::type>
struct digit;

using crash = digit<-7>;

当我想将此技术应用于用作类型列表的类时：

#include <type_traits>

template <typename ...> struct are_integral;

template <typename T, typename ...Ts>
struct are_integral<T, Ts...>
{
  static const bool value = std::is_integral<T>::value &&
                            are_integral<Ts...>::value;
};

template <>
struct are_integral<> : std::true_type { };



template <typename ...Ts,
          typename = typename std::enable_if<are_integral<Ts...>::value>::type>
struct list;

using ok = list<int, long, char>;
using bad = list<double>;

它根本不起作用，因为 gcc 抱怨说

错误：参数包“Ts”必须位于模板参数列表结构列表的末尾；

即使它可以工作，该类也是无用的，因为模板参数包不反映类型列表。

所以我尝试使用“非法”基类：

template <typename> struct check;

template <typename ...Ts>
struct list : check<typename std::enable_if<are_integral<Ts...>::value>::type>
{ };

using ok = list<int, long, char>;
using bad = list<double>;

这编译没有问题。

有什么办法可以在 c++11 中完成类似的事情，还是我必须等待概念？

Answer 1

出现您的问题是因为模板在使用别名时未实例化，因此 static_assert 不会触发。

如果这是可以接受的，您可以添加一些间接并使用构建器元函数来创建编译时列表。该元函数将执行检查。

template <typename ...Ts>
struct make_list
{ 
    static_assert(are_integral<Ts...>::value, "all types must be integral");
    typedef list<Ts...> type;
};

using ok = make_list<int, long, char>::type;
using bad = make_list<double>::type;

另一个解决方案是使用虚拟类型将参数包包装为一流类型。

// dummy wrapper
template <typename ...>
struct pack;

template <typename ...> struct are_integral;

// specialization for wrapped packs
template <typename ...Ts>
struct are_integral<pack<Ts...>> : are_integral<Ts...>
{
};

template <typename T, typename ...Ts>
struct are_integral<T, Ts...>
{
  static const bool value = std::is_integral<T>::value &&
                            are_integral<Ts...>::value;
};

template <>
struct are_integral<> : std::true_type { };

// helper type which performs the check
template <typename Pack,
          typename = typename std::enable_if<are_integral<Pack>::value>::type>
struct list_helper;

// actual type (alias) you will expose
template <typename ...Ts>
using list = list_helper<pack<Ts...>>;

using ok = list<int, long, char>;
using bad = list<double>; // compiler error

在处理参数包时，使用包装器通常会派上用场，因为它使它们更易于操作：包装器是与任何其他类型一样的类型，可以存储、出现在参数列表中的任何位置、传递给一元元函数等。