部分专业结构vs重载功能模板

Question

众所周知,函数模板不能部分专门用于C++.当您在概念上尝试实现此目标时,您可以使用两种可能的解决方案.其中一个是使用带有静态函数的结构,可选地用模板函数包装,如下所示:

template <class T, class U>
struct BarHelper
{
    static void BarHelp(T t, const U& u)
    {
        std::cerr << "bar general\n";
    }
};

template <class T>
struct BarHelper<T, double>
{
    static void BarHelp(T t, const double& u)
    {
        std::cerr << "bar specialized\n";
    }
};
template <class T, class U>
void bar(T t, const U& u)
{
    BarHelper<T, U>::BarHelp(t, u);
};

bar 这里是可选的,你可以直接使用结构的静态成员(尽管你必须明确指定所有参数).

另一种方法是重载函数模板:

template <class T, class U>
void func(T t, const U& u)
{
    std::cerr << "func general\n";

}
template <class T>
void func(T t, const double& u)
{
    std::cerr << "func specialized\n";
}

对我来说,似乎第二种方法更可取.对于初学者来说,它更加冗长,而且对于意图更加清晰(我们正在编写函数,所以让我们使用函数而不是无意义的包装器结构).此外,您可以使用一些很好的技巧来控制重载分辨率.例如,您可以在继承层次结构中包含非模板化的"标记"参数,并使用隐式转换来控制函数的优先级.每当你在重载中具体指定一个类型时,你也会得到隐式转换,如果你不喜欢这种行为,你可以在你的重载上使用enable_if来阻止它(让你回到与结构相提并论).

是否有理由偏爱部分专业结构？这些原因有多普遍？即哪个应该是你的"默认"？如果您:a)计划自己实现所有特化,而b)这是否用作用户可以注入自己行为的自定义点,这会有所不同吗？

Herb Sutter有一篇关于避免功能模板专业化的着名博文.在其中,他还建议(接近结尾)偏爱部分专门的结构来重载功能模板,但他似乎没有给出任何具体的理由:http://www.gotw.ca/publications/mill17.htm.

道德#2:如果你正在编写一个函数库模板,宁愿把它写成一个永远不应该专门化或过载的单个函数模板

(重点补充).

Answer 1

让我们首先列出创建同一模板方法的多个变体的选项：

模板函数专业化：不是一个选项，因为模板函数不能部分专业化。（请参阅此处、此处和此处的相关主题）。

1. 简单重载：这可以工作，正如问题提到和演示的那样。
   然而，正如我们将在下面看到的，它并不总是能很好地工作。

2. 使用函子类部分特化：这是不进行模板函数特化的直接替代方案。

3. std::enable_if与模板函数重载一起使用：当简单模板重载不起作用时可以选择此方法，请参见下文。

编辑：添加@Nir选项4

4. 使用基于模板的函数参数：正如 Nir ​​在评论中建议的和下面介绍的那样，这种方法可以实现模板函数重载，但在调用方需要一些繁琐的语法，请参见下文。

--- 编辑结束 ---

该问题提出了一种情况，当从调用中推导模板参数时，模板函数重载工作正常。然而，如果对模板函数的调用是直接提供模板参数，并且需要根据模板参数上的关系或条件来匹配实现，则重载就不再有帮助了。

考虑以下：

template <typename T, T val1, T val2>
void isSame1() {
    cout << "val1: " << val1 << ", val2: " << val2 << " are "
         << (val1==val2?" ":"NOT ") << "the same" << endl;
}

尽管 val1 和 val2 在编译时已知，但无法部分特化我们在编译时知道它们相同的情况。函数重载在这种情况下没有帮助，对于两个非类型模板参数具有相同值的情况，没有重载。

通过类部分特化，我们可以做到：

template <typename T, T val1, T val2>
struct IsSameHelper {
    static void isSame() {
        cout << "val1: " << val1 << ", val2: " << val2 << " are NOT the same" << endl;
    }
};

// partial specialization
template <typename T, T val>
struct IsSameHelper<T, val, val> {
    static void isSame() {
        cout << "val1: " << val << ", val2: " << val << " are the same" << endl;
    }
};

template <typename T, T val1, T val2>
void isSame2() {
    IsSameHelper<T, val1, val2>::isSame();
}

或者，std::enable_if我们可以这样做：

template<typename T, T val1, T val2>
struct is_same_value : std::false_type {};

template<typename T, T val>
struct is_same_value<T, val, val> : std::true_type {};

template <typename T, T val1, T val2>
typename std::enable_if<!is_same_value<T, val1, val2>::value, void>::type isSame3() { 
    cout << "val1: " << val1 << ", val2: " << val2 << " are NOT the same" << endl;
}

template <typename T, T val1, T val2>
typename std::enable_if<is_same_value<T, val1, val2>::value, void>::type isSame3() {
    cout << "val1: " << val1 << ", val2: " << val2 << " are the same" << endl;
}

上述所有选项的主要内容如下所示：

int global1 = 3;
int global2 = 3;

//======================================================
// M A I N
//======================================================
int main() {
    isSame1<int, 3, 4>();
    isSame1<int, 3, 3>();
    isSame1<int*, &global1, &global1>();
    isSame1<int*, &global1, &global2>();

    isSame2<int, 3, 4>();
    isSame2<int, 3, 3>();
    isSame2<int*, &global1, &global1>();
    isSame2<int*, &global1, &global2>();

    isSame3<int, 3, 4>();
    isSame3<int, 3, 3>();
    isSame3<int*, &global1, &global1>();
    isSame3<int*, &global1, &global2>();
}

编辑：添加@Nir选项4

template <class T, T v> struct foo{
    static constexpr T val = v;
};

// in a .cpp
template <class T, T v>
constexpr T foo<T, v>::val; // required for non-integral / non-enum types

template <class T, T v1, T v2> void isSame4(foo<T, v1> f1, foo<T, v2> f2) {
    cout << "val1: " << f1.val << ", val2: " << f2.val << " are NOT the same" << endl;
}

template <class T, T v> void isSame4(foo<T, v> f1, foo<T, v> f2) {
    cout << "val1: " << f1.val << ", val2: " << f2.val << " are the same" << endl;
}

此选项的主要内容如下所示：

int global1 = 3;
int global2 = 3;

//======================================================
// M A I N
//======================================================
int main() {
    isSame4(foo<int, 4>(), foo<int, 3>());
    isSame4(foo<int, 3>(), foo<int, 3>());
    isSame4(foo<int*, &global1>(), foo<int*, &global1>());
    isSame4(foo<int*, &global1>(), foo<int*, &global2>());
}

我没有看到选项 4 的语法有任何优势。但人们也可以有不同的想法……

请注意，选项 4 中需要 .cpp 文件，用于声明T foo::val，在所有其他选项中，所有内容都适合 .h 文件。

--- 编辑结束 ---

总结一下：

在我们可以获得编译时间分辨率的情况下，基于模板元编程，需要部分专业化。对于函数来说，这可以通过类部分特化或使用enable_if（它又需要其自己的类部分特化来满足其条件）来实现。

请参阅代码：http://coliru.stacked-crooked.com/a/65891b9a6d89e982