如何最好地在 C++ 中实现“newtype”习语？

Question

自从学习 Rust 以来，我已经成为我收集 Rust从 Haskell借来的新型习语的粉丝。

新类型是基于标准类型的独特类型，可确保函数参数的类型正确。
例如，old_enough下面的函数必须以年为单位传递年龄。它不会以天数或普通 i64 为单位编译。

struct Days(i64);
struct Years(i64);

fn old_enough(age: &Years) -> bool {
    age.0 >= 18
}

这与C++ 中的typedeforusing声明不同，它只是重命名类型。
例如，old_enough下面的函数将接受 an int、age inDays或任何其他转换为 an 的内容int：

typedef int Days;
using Years = int;

bool old_enough(Years age) {
    return age >= 18;
}

由于上面的示例仅使用整数，因此Reddit 上的这篇文章建议使用枚举类，例如：

enum class Days : int {};
enum class Years : int {};

bool old_enough(Years age) {
    return static_cast<int>(age) >= 18;
}

或者它可以简单地使用结构，例如 Rust：

struct Days final {int value;};
struct Years final {int value;};

bool old_enough(Years age) {
    return age.value >= 18;
}

在 中实施newtype习语的最佳方法是什么C++？
有标准的方法吗？

编辑问题Strongly typed using 和 typedef是相似的。但是，它不考虑newtype习语。

Answer 1

newtype在 C++ 中实现习语的最佳方法是什么？

多次评级最好最终在优先域中，但您自己已经提到了两种替代方法：简单地自定义结构包装一个公共类型的值（例如int），或者使用enum具有显式指定底层类型的类作为近- 相同的类型。

如果你主要是在一个常见类型的强类型类型别名之后，说

struct Number { int value; }

或者，具有可参数化基础类型的通用类型

template<typename ValueType = int>
struct Number { ValueType value; }

然后另一种常见的方法（这也有助于在强类型不同但相关的类型之间重用功能）是使（/扩展）Number类（模板）成为一个通过类型模板标签参数参数化的类模板，这样标签类型的特化结果在强类型中。正如@Matthieu M. 所指出的，我们可以将结构声明为给定特化的模板参数列表的一部分，允许在单个别名声明中进行轻量级标记声明和别名标记：

template<typename Tag, typename ValueType = int>
struct Number {
    ValueType value;
    // ... common number functionality.
};

using YearNumber = Number<struct NumberTag>;
using DayNumber = Number<struct DayTag>;

void takeYears(const YearNumber&) {}
void takeDays(const DayNumber&) {}

int main() {
    YearNumber y{2020};
    DayNumber d{5};
    
    takeYears(y);
    //takeDays(y);  // error: candidate function not viable
    
    takeDays(d);
    //takeYears(d);  // error: candidate function not viable
    
    return 0;
}

请注意，如果您想Number为特定标签专门化类模板的非成员函数（或例如出于类似目的使用标签调度），您需要在别名声明之外声明类型标签。

Answer 2

如果您有提升，BOOST_STRONG_TYPEDEF 正是您想要的，如本答案中所示。

C++ 语言中还没有任何语言可以直接按照您的意愿完成此操作。但话又说回来，详细的需求可能会有所不同，例如。有人可能会说可以进行隐式构造，而另一个人可能会说它必须是显式的。由于这种情况和其他组合_1，很难提供一种能够满足所有人的机制，并且我们已经有了正常的类型别名（即，using其中 ofc. 与强 typedef不同）。

话虽如此，C++为您提供了足够的工具，您可以自己构建这个通用工具，如果您有一些模板等方面的经验，那么这并不完全困难。

最后，这取决于您实际遇到的新型问题，例如。你只需要一把还是要批量生产。对于像年和日这样的普通东西，你可以只使用裸结构：

struct Days {int value;};

struct Years {int value;};

但是，如果您必须避免这样的情况：

bool isold(Years y);

...

isold({5});

然后，您必须创建一个构造函数并使其显式，即：

struct Years {
   explicit Years(int i);
...

₁另一种组合可能是，如果应允许新类型转换为基础类型，对于类似的东西可能有用int，或者根据上下文可能是危险的