使用 C++ 模板切换算法

Posted 2023-02-22

【中文标题】使用 C++ 模板切换算法

【英文标题】：Using C++ templates to switch algorithms

【发布时间】：2020-05-10 17:17:55

【问题描述】：

我有一个具有pointQuery 函数的C++ 类。目前，当我必须在线性搜索和二进制搜索之间切换时，我会注释代码的另一部分。我看到了this 的帖子，并试图重构我的代码。我的代码如下：

namespace searchStrategy
    struct linearSearch;    
    struct binarySearch;


template<typename T, typename LookupStrategy> class leaf:public rtNode<T>
    public:T points[maxCapLeaf][d]; // search to be done on this array
    // some other class members, most of which used in the search

    template<typename searchStrategy::linearSearch> bool pointQuery(const T* f) const
        // some code
    

    template<typename searchStrategy::binarySearch> bool pointQuery(const T* f) const
        // some code
    

;

类的对象被创建为：

leaf<T, LookupStrategy>* temp = new leaf<T, LookupStrategy>(some_input_params);

其中LookupStrategy 是searchStrategy::binarySearch 或searchStrategy::linearSearch。

当我编译它时，我得到以下错误：

/file_address/template.cpp:164:39: error: non-type template parameters of class type only available with ‘-std=c++2a’ or ‘-std=gnu++2a’
  164 |     template<typename searchStrategy::linearSearch> bool pointQuery(const T* f) const
      |                                       ^~~~~~~~~~~~
/file_address/template.cpp:200:39: error: non-type template parameters of class type only available with ‘-std=c++2a’ or ‘-std=gnu++2a’
  200 |     template<typename searchStrategy::binarySearch> bool pointQuery(const T* f) const
      |                                       ^~~~~~~~~~~~
/file_address/template.cpp:200:58: error: ‘template<class T, class LookupStrategy> template<<typeprefixerror><anonymous> > bool leaf<T, LookupStrategy>::pointQuery(const T*) const’ cannot be overloaded with ‘template<class T, class LookupStrategy> template<<typeprefixerror><anonymous> > bool leaf<T, LookupStrategy>::pointQuery(const T*) const’
  200 |     template<typename searchStrategy::binarySearch> bool pointQuery(const T* f) const
      |                                                          ^~~~~~~~~~
/file_address/template.cpp:164:58: note: previous declaration ‘template<class T, class LookupStrategy> template<<typeprefixerror><anonymous> > bool leaf<T, LookupStrategy>::pointQuery(const T*) const’
  164 |     template<typename searchStrategy::linearSearch> bool pointQuery(const T* f) const
      |

谁能解释一下我做错了什么，我该如何解决这个问题？ （请注意，函数需要保留在类本身中，我无法将其转移到命名空间，因为在搜索函数中使用了很多类成员）谢谢...

【参考方案1】：

namespace searchStrategy 
    struct linearSearch;    
    struct binarySearch;


template<typename T, typename LookupStrategy> class leaf: public rtNode<T> 
  private:
    // Overload 1
    bool pointQuery(const T* f, linearSearch) const 
        // some code
    

    // Overload 2
    bool pointQuery(const T* f, binarySearch) const 
        // some code
    

  public:
    T points[maxCapLeaf][d];

    bool pointQuery(const T* f) const 
        return pointQuery(points, LookupStrategy);
    
;

【讨论】：

感谢您的建议。我完全按照你说的做了，并且编辑了我的帖子。你能看一下吗？

【参考方案2】：

（部分）特化可能是一种解决方案，但成员/函数不能部分特化，您可以对整个类进行部分特化。

作为替代方案，

在 C++17 中，您可以使用 if constexpr:

bool pointQuery(const T* f) const

    if constexpr (std::is_same_v<LookupStrategy, searchStrategy::linearSearch>)
        // some code
     else  // searchStrategy::binarySearch
        // some code
    

在 C++20 中，requires:

bool pointQuery(const T* f) const
requires(std::is_same_v<LookupStrategy, searchStrategy::linearSearch>)

    // some code


bool pointQuery(const T* f) const
requires(std::is_same_v<LookupStrategy, searchStrategy::binarySearch>)

    // some code

在以前的标准中，您可能会使用标签调度：

private:
bool pointQuery(searchStrategy::linearSearch, const T* f) const

    // some code


bool pointQuery(searchStrategy::binarySearch, const T* f) const

    // some code

public:
bool pointQuery(const T* f) const

    return pointQuery(LookupStrategy, f);

【讨论】：

我不愿意使用 if-else 认为它们可能会降低性能。是正确的还是完全不影响性能？

if constexpr 在编译时完成，因此没有运行时开销。 （对于常规的if，编译器可能会轻松优化，但实际上没有保证）。

所以C++17解决方案只会增加编译时间，而NOT运行时间？

对于运行时，没有开销（仅存在正确的块）。对于编译时间，不确定哪些替代方案的成本最高或最低。我会说等价。

编译时间不是问题。谢谢你:)