C++ 混合强类型基类与 CRTP 和返回值类型推导

Posted 2023-02-22

【中文标题】C++ 混合强类型基类与 CRTP 和返回值类型推导

【英文标题】：C++ mixing strongly typed base class with CRTP and return value type deduction

【发布时间】：2015-06-01 02:13:49

【问题描述】：

我在类层次结构中存在一些概念问题，其中基类依赖于固定标量类型T，但派生的 CRTP 类使用返回值类型推导。

例如，考虑以下类层次结构：

template<typename ... Args> struct VectorBase;

template<typename T>
struct VectorBase<T>

     virtual T eval(int) const = 0;
     auto operator[](int i) return this->eval(i);
;

template<typename T, typename Derived>
struct VectorBase<T, Derived> : public VectorBase<T>

     virtual T eval(int i) const override final  return this->operator[](i); 
     auto operator[](int i) const
     
          return static_cast<Derived const&>(*this).operator[](i);
     
;

template<typename T>
struct Vector : public VectorBase<T, Vector<T> >

     //just for code shortness,
     //in reality there is a container which returns the corresponding elements
     auto operator[](int i) const  return T; 
;

template<typename VectorType>
struct SomeTransformation : public VectorBase< /* ... what to write here generically? */ double, SomeTransformation<VectorType> >

     VectorType const& v;
     SomeTransformation(VectorType const& _v) : v(_v) 
     auto operator[](int i) const
     
          //do something with vector v and return i-th element, e.g.
          return v[i]*0.1;
     
;

DEMO

现在，给定一个值类型为int 的特定向量，比如说，可以应用SomeTransformation 并获得一个值类型为double 的向量。此外，我可以确定SomeTransformation 派生自VectorBase<double>，因此，例如，我不能错误地将其分配给VectorBase<int>-指针：

int main()

    Vector<int> v;
    std::cout<<typeid(decltype(v[0])).name()<<std::endl;  //prints "i" for int        

    auto u = SomeTransformation<decltype(v)>(v);
    std::cout<<typeid(decltype(u[0])).name()<<std::endl;  //prints "d" for double        

    //works
    std::unique_ptr<VectorBase<double> > ud = std::make_unique<SomeTransformation<decltype(v)> >(v);

    //gives a compile-time error, which is good
    //std::unique_ptr<VectorBase<int> > ui = std::make_unique<SomeTransformation<decltype(v)> >(v);     

现在解决问题：在SomeTransformation 的标量类型参数中，我写了/* ... what to write here generically? */，我真的很想写类似的东西

template<typename VectorType>
struct SomeTransformation : 
  public VectorBase<decltype(std::declval<SomeTransformation<VectorType> >().operator[](0)), SomeTransformation<VectorType> >

     //...
;

为了自动推断转换的值类型并将该类型向下传播到基类。但是，这似乎不起作用，我认为这是因为基类是在派生类之前实例化的……所以我要推断其类型的类还不存在。

有没有办法在不破坏继承层次结构的情况下获得这种行为？

【问题讨论】：

您是否必须直接为SomeTransformation 使用继承层次结构？为什么不独立编写SomeTransformation（实现一个概念），并提供一个继承自VectorBase<..> 的适配器类模板？

@dyp: 是的，这行得通，我也有过一次，在我意识到在我的情况下保持继承关系相当方便......否则我将不得不重新实现几个函数（如size(), update(...) 等），并在概念类中重新声明一些成员。

@dyp：我发布了一些替代方案的答案，但仍然存在一些问题，如果需要，请提前查看。

抱歉，我不太明白您的顾虑。你能举个例子吗？你能把基类分成一个接口（只有纯虚函数）和一个基类（有你想在派生类中使用的任何便利函数和成员）吗？

@dyp：我不确定我是否说清楚了：我的目标是在基类中使用推导出的返回类型作为模板参数，同时保持继承层次结构。

【参考方案1】：

我自己想出了一个可能的替代方案，并想提出来讨论。

例如，可以将类型参数T 也添加到派生类，然后使用虚拟类型来实例化此类一次。这样就可以推断出这样创建的类的返回类型，用于下一步实例化真正使用的类。

例子：

namespace detail

    template<typename T, typename VectorType>
    struct SomeTransformation : 
      public VectorBase<T, SomeTransformation<T, VectorType> >
    
        //the same as above
    ;


struct DummyType

     //make any type convertible to DummyType
     template<typename T> DummyType(T const&) 
;

template<typename VectorType>
using SomeTransformationValueType =
  decltype(std::declval<detail::SomeTransformation<DummyType, VectorType> >().operator[](0));

template<typename VectorType>
using SomeTransformation = 
   typename detail::SomeTransformation<SomeTransformationValueType<VectorType>, VectorType>;

DEMO