2308C++概念化

原文
库

//概念化(需要`C++20`)
struct 可画 {
  void 画(小出流 &out) const {
    te::call([](auto const &s, auto &out)
      -> decltype(s.画(out)) { s.画(out); }, *this, out);
  }
};
struct 方形 {
  void 画(小出流 &out) const { out << "方形"; }
};
template<te::概念化<可画> T>
void 画(T const &可画) { 
  可画.画(cout);
}
int main() {
  auto 可画 = 方形{};
  画(可画);  //打印方形
}

编译期绑定的过程

首先是利用有状态的模板元绑定鸭子类型与接口.

struct 可画 {
  void 画(小出流 &out) const {
    te::call([](auto const &s, auto &out)
      -> decltype(s.画(out)) { s.画(out); }, *this, out);
  }
};

表面是分发给自己实现的画函数;但里层却被te库传递给te::call的λ式的类型,绑定了可画型.
接着分析te::call的里层实现:

template <...>
constexpr auto call(const TExpr expr, const I &interface, Ts &&... args)
{
  ...
  return detail::call_impl<I>(...);
}//转发

template <...>
constexpr auto call_impl(...)
{
  void(类 映射<I, N>::元 set<型列<TExpr, Ts...> >{});
  return ...;
}

代码非常简单,展开实例化,绑定了映射与te::call传递的λ型.
绑定是靠友元注入:

template <class, size_t>
struct 映射 final {
  friend auto get(映射);
  template <class T>
  struct set {
    friend auto get(映射) { return T{}; }
  };
};

实例化映射元后,get友元函数会有个声明式,此时无法确定auto返回值的类型.试实例化映射元结果的set内嵌元时,有get友元函数的定义式,此时按T绑定auto返回值的类型.

就可简单地根据能否推导出get的返回值类型来决定绑定结果.以可画的示例,绑定结果如下:

映射<可画, 1>::set<型列<λ型, 小出流&>>

概念化的过程

概念化的过程.遍历所有编译期绑定结果,每个绑定都记录了鸭子类型和λ类型及调用形参组成的型列.
然后测试每一个绑定的λ型,看看是否可正确实例化λ类型结果的元调用符.实现代码如下:

template <class T, class TExpr, class... Ts>
constexpr auto requires_impl(型列<TExpr, Ts...>)
    -> decltype(&TExpr::template operator()<T, Ts...>);
template <class I, class T, size_t... Ns>
constexpr auto requires_impl(index_sequence<Ns...>) -> 型列<
    decltype(requires_impl<I>(decltype(get(映射<T, Ns + 1>{})){}))...>;
}  //名字空间细节
template <class I, class T>
concept bool 概念化 = requires {
  detail::requires_impl<I, T>(
      make_index_sequence<detail::映射大小<T, I>()>{});
};

对可画鸭子类型与方形实现类型的约束检查过程如下:
首先方形对象传入了画方法,会实例化te::conceptfiy并检查是否满足约束:

struct 方形 {
  void 画(小出流 &out) const { out << "方形"; }
};
template<te::概念化<可画> T>
void 画(T const &可画) { 
  可画.画(cout);
}
画(方形{});

检查约束是否满足时,会遍历可画上绑定的所有接口.这里只绑定了画函数,所以只会遍历一个绑定结果:

auto λ = [](auto const &s, auto &out)
      -> decltype(s.画(out)) { s.画(out); };
using λ型 = decltype(λ);
型列<λ型, 小出流&>;

此时试实例化并推导&λ型::元 符号()<小出流&>的类型,如果成功则满足约束.注意,该λ的能否成功推导关键在,λ函数体后置返回值式的推导结果:

[](auto const &s, auto &out)
//关键点:尾返回类型
-> decltype(s.画(out))
//关键点:尾返回类型
{ s.画(out); };

此时s的类型推到为方形 const&,如果方形类型没有实现画方法,返回值推导无法,整个λ式的推导触发会SFINAE机制,导致实例化失败.
最后输出编译器错误是不满足概念化的约束,非常优雅!