具有在语法树中的节点上定义的层次结构的表达式模板

Posted 2023-02-23

【中文标题】具有在语法树中的节点上定义的层次结构的表达式模板

【英文标题】：Expression templates with a hierarchy defined on the nodes in the syntax tree

【发布时间】：2019-05-09 11:56:05

【问题描述】：

我找到了对表达式模板 here 的一个很好的解释。在文章中，我们找到了一个基本的算术表达式模板实现，如下（略作改编）：

#include <iostream>

template <typename T>
struct plus 
    T operator()(const T a, const T b) const  return a + b; 
;

template <class ExprT>
struct exprTraits 
    typedef ExprT expr_type;
;

template <class ExprT1, class ExprT2, class BinOp>
class BinaryExpr 
   public:
    BinaryExpr(ExprT1 e1, ExprT2 e2, BinOp op = BinOp()) : _expr1(e1), _expr2(e2), _op(op) 
    double eval() const  return _op(_expr1.eval(), _expr2.eval()); 

   private:
    typename exprTraits<ExprT1>::expr_type _expr1;
    typename exprTraits<ExprT2>::expr_type _expr2;
    BinOp _op;
;

class Literal 
   public:
    Literal(const double v) : _val(v) 
    double eval() const  return _val; 

   private:
    const double _val;
;

template <>
struct exprTraits<double> 
    typedef Literal expr_type;
;

class Variable 
   public:
    Variable(double& v) : _val(v) 
    double eval() const  return _val; 

    void operator+=(double x)  _val += x; 

   private:
    double& _val;
;

class SpecialVariable : public Variable 
   public:
    SpecialVariable(double& v) : Variablev ;
    double eval() const  return -1000.0; 
;

template <class ExprT1, class ExprT2>
BinaryExpr<ExprT1, ExprT2, plus<double>> operator+(ExprT1 e1, ExprT2 e2) 
    return BinaryExpr<ExprT1, ExprT2, plus<double>>(e1, e2);

共有三种类型的节点，Literal、Variable 和SpecialVariable，后者是后者的子类。这些特征允许在表达式中使用像 double 这样的内置类型，而不用 Literal 包装它们。

现在，假设我想在添加 double 和 Variable 并将其分配给 Variable 时做一些特别的事情。我将以下成员函数添加到Variable：

void operator+=(BinaryExpr<double, Variable, plus<double>> expr)  _val += 1000.0; 

并编写一个小测试程序：

int main(int argc, char const* argv[]) 
    double xd = 2.0, yd = 5.0;
    Variable xxd;
    SpecialVariable yyd;
    x += 3.0 + y;
    std::cout << "result : " << std::to_string(x.eval()) << "\n";
    return 0;

然而，这仅适用于 Variables 而不是 SpecialVariables，即我得到以下编译器错误：

error: no match for ‘operator+=’ (operand types are ‘Variable’ and ‘BinaryExpr<double, SpecialVariable, plus<double> >’) x += 3.0 + y;
note:   no known conversion for argument 1 from ‘BinaryExpr<double, SpecialVariable, plus<double> >’ to ‘BinaryExpr<double, Variable, plus<double> >’

这是完全合理的，因为如果模板类的模板参数有关系，则它们不一定有关系。

问题：我如何编写一个operator+= 来接受类型和可能是它们的子类型的表达式模板？我还没有看到解决这个特定问题的表达式模板教程。

【参考方案1】：

问题：我如何编写一个operator+= 来接受带有类型及其子类型的表达式模板？

使用std::is_base_of 和 SFINAE

template <typename V>
std::enable_if_t<std::is_base_of_v<Variable, V>>
   operator+= (BinaryExpr<double, V, plus<double>> expr)
  _val += 1000.0; 

上述代码在 C++17 中编译。

如果你使用的是 C++14，你必须使用

std::is_base_of<Variable, V>::value

而不是

std::is_base_of_v<Variable, V>

如果您使用的是 C++11，则必须使用

typename std::enable_if<std::is_base_of<Variable, V>::value>::type

而不是

std::enable_if_t<std::is_base_of_v<Variable, V>>

【讨论】：

当我使用您的 C++14 替代方案时，我得到以下 error: dependent-name ‘std::is_base_of<Variable, V>::type’ is parsed as a non-type, but instantiation yields a type 和 note: say ‘typename std::is_base_of<Variable, V>::type’ if a type is meant（使用 g++-7.4.0 和上述任一标准）

^ 没关系，我犯了一个错误（::type vs ::value 在is_base_of 之后）