C++ 中的静态鸭子类型

Posted 2023-02-23

【中文标题】C++ 中的静态鸭子类型

【英文标题】：Static duck typing in C++

【发布时间】：2016-04-27 12:50:07

【问题描述】：

C++ 对模板参数给出的类型有某种鸭子类型。我们不知道DUCK1 和DUCK2 会是什么类型，但只要他们能quack()，它就会编译并运行：

template <class DUCK1, class DUCK2>
void let_them_quack(DUCK1* donald, DUCK2* daisy)
  donald->quack();
  daisy->quack();

但是写起来有点不方便。当我完全不在乎 DUCK1 和 DUCK2 的实际类型是什么，而是想充分利用鸭子类型的想法时，那么我想要一些与上面略有不同的东西：

我不想编写一个重复且几乎没有意义的模板参数列表（想象一下如果有 7 只鸭子会发生什么......） 我想更明确一点，从不使用类型，只有接口才是重要的。 我想要某种接口注释/检查。以某种方式明确类型背后的预期接口。 （不过，这与鸭式打字有点不同。）

C++ 是否提供任何功能来实现这 3 个想法中的一个或多个？

（我知道在大多数情况下，虚拟继承是实现此类模式的首选方法，但这里的问题专门针对静态多态的情况。）

【问题讨论】：

concept Duckable... 在您附近的TS 中找到您。

好吧，它还不是标准的，但希望 C++17 允许我们使用 auto 作为函数参数来简化它。

@KerrekSB 它不在 C++17 的案卷上，对吧？也许我们会在 2020 年看到它。:(

@erip：您可以询问您的供应商是否实施了 TS。我认为 GCC 和 Clang 会做，或者很快就会做。

@KerrekSB 我的意思是作为标准的一部分。我正在尝试编写越来越多的符合标准的代码。 :)

【参考方案1】：

关于问题 1 和 2：从 C++14 开始，您可以省略显式 template <typename ... 样板并使用 auto，但仅限于 lambda：

auto let_them_quack = [] (auto & donald, auto & daisy)
    donald.quack();
    daisy.quack();
;

（是的，我更喜欢对指针的引用）。 GCC 允许在通常的函数中这样做作为扩展。

对于第 3 题，你所说的就是概念。它们在 C++ 中存在了很长时间，但只是作为一个文档术语。现在 Concepts TS 正在进行中，您可以编写类似的东西

template<typename T>
concept bool Quackable = requires(T a) 
    a.quack();
;

void let_them_quack (Quackable & donald, Quackable & daisy);

请注意，它还不是 C++，只是一个正在进行的技术规范。不过，GCC 6.1 似乎已经支持它。使用当前 C++ 实现概念和约束是可能的；你可以在boost找到一个。

【讨论】：

AFAIK 您的***示例仅适用于 lambdas 而不是免费函数。

@NathanOliver 我也这么认为，但是使用 C++14 的 ideone 和我的本地 gcc 都接受了它。似乎是一个扩展，我会修复答案。

是的，它是一个 gcc 扩展。

我认为这是迄今为止唯一符合问题意图的答案。可惜这些想法还不是标准的......

始终始终使用 -pedantic 编译您的 gcc 代码 :)

【参考方案2】：

我想省略编写重复的模板参数列表 而且大多毫无意义（想象一下如果有 7 个 鸭子...）

为此，您可以使用可变参数模板并执行以下操作：

template<typename DUCK>
void let_them_quack(DUCK &&d) 
  d.quack();


template<typename DUCK, typename... Args>
void let_them_quack(DUCK &&d, Args&& ...args) 
  d.quack();
  let_them_quack(std::forward<Args>(args)...);

Live Demo

【讨论】：

你为什么说d.quack()两次？

@KerrekSB 对不起，你能说得清楚一点吗？你的意思是递归的微不足道的步骤吗？

【参考方案3】：

#2 和#3 的处理方式是，如果给定的类没有实现接口，代码将无法编译，并引发编译错误。你也可以把它正式化：

class duck 

public:
   virtual void quack()=0;
;

然后将函数的参数声明为带有指向鸭子的指针。您的类必须从此类继承，从而使let_them_quack() 的要求一清二楚。

就 #1 而言，可变参数模板可以解决这个问题。

void let_them_quack()



template <typename ...Args>
void let_them_quack(duck* first_duck, Args && ...args) 
  first_duck->quack();
  let_them_quack(std::forward<Args>(args)...);

【讨论】：

我同意 Kerrek 的观点，而且我还认为该解决方案既没有澄清任何内容，也没有更容易读/写...

【参考方案4】：

您将能够通过概念使其看起来更漂亮（尚未成为标准 - 但非常接近）：

http://melpon.org/wandbox/permlink/Vjy2U6BPbsTuSK3u

#include <iostream>

template<typename T>concept bool ItQuacks()
    return requires (T a) 
         a.quack()  -> void;
    ;


void let_them_quack2(ItQuacks* donald, ItQuacks* daisy)
  donald->quack();
  daisy->quack();


struct DisneyDuck 
    void quack() std::cout << "Quack!";
;

struct RegularDuck 
    void quack() std::cout << "Quack2!";
;

struct Wolf 
    void woof() std::cout << "Woof!";
;

int main() 
    DisneyDuck q1, q2;
    let_them_quack2(&q1, &q2);

    RegularDuck q3, q4;
    let_them_quack2(&q3, &q4);    

    //Wolf w1, w2;
    //let_them_quack2(&w1, &w2);    // ERROR: constraints not satisfied

输出：

 Quack!Quack!Quack2!Quack2!

如您所见，您将能够：omit writing a template parameter list，ItQuacks 非常明确，因此发生了types are never used and that it's only the interface that matters。这个I'd like to have sort of an interface annotation/check. 也会发生，概念使用也会给你有意义的错误信息。

【讨论】：

自编写以来语法发生了一些变化：主要是删除bool并将auto添加到函数参数中。

【参考方案5】：

我们只需要写一个版本的函数：

#include <utility>

template<typename... Quackers>
void let_them_quack(Quackers&& ...quackers) 
  using expand = int[];

  void(expand  0, (std::forward<Quackers>(quackers).quack(), 0)... );


struct Duck 
  void quack() 
;

int main()

  Duck a, b, c;
  let_them_quack(a, b, c, Duck());