探索C++0x: 1. 静态断言(static_assert)
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简介
C++0x中引入了static_assert这个关键字，用来做编译期间的断言，因此叫做静态断言。
其语法很简单：static_assert(常量表达式，提示字符串)。
如果第一个参数常量表达式的值为真(true或者非零值)，那么static_assert不做任何事情，就像它不存在一样，否则会产生一条编译错误，错误位置就是该static_assert语句所在行，错误提示就是第二个参数提示字符串。
说明
使用static_assert，我们可以在编译期间发现更多的错误，用编译器来强制保证一些契约，并帮助我们改善编译信息的可读性，尤其是用于模板的时候。
static_assert可以用在全局作用域中，命名空间中，类作用域中，函数作用域中，几乎可以不受限制的使用。
编译器在遇到一个static_assert语句时，通常立刻将其第一个参数作为常量表达式进行演算，但如果该常量表达式依赖于某些模板参数，则延迟到模板实例化时再进行演算，这就让检查模板参数成为了可能。
由于之前有望加入C++0x标准的concepts提案最终被否决了，因此对于检查模板参数是否符合期望的重任，就要靠static_assert来完成了，所以如何构造适当的常量表达式，将是一个值得探讨的话题。
性能方面，由于是static_assert编译期间断言，不生成目标代码，因此static_assert不会造成任何运行期性能损失。
范例
下面是一个来自MSDN的简单范例：
static_assert(sizeof(void *) == 4, "64-bit code generation is not supported.");
该static_assert用来确保编译仅在32位的平台上进行，不支持64位的平台，该语句可以放在文件的开头处，这样可以尽早检查，以节省失败情况下的编译时间。
再看另一个范例：
1: struct MyClass
2: {
3: char m_value;
4: };
5:
6: struct MyEmptyClass
7: {
8: void func();
9: };
10:
11: // 确保MyEmptyClass是一个空类（没有任何非静态成员变量，也没有虚函数）
12: static_assert(std::is_empty<MyEmptyClass>::value, "empty class needed");
13:
14: //确保MyClass是一个非空类
15: static_assert(!std::is_empty<MyClass>::value, "non-empty class needed");
16:
17: template <typename T, typename U, typename V>
18: class MyTemplate
19: {
20: // 确保模板参数T是一个非空类
21: static_assert(
22: !std::is_empty<T>::value,
23: "T should be n non-empty class"
24: );
25:
26: // 确保模板参数U是一个空类
27: static_assert(
28: std::is_empty<U>::value,
29: "U should be an empty class"
30: );
31:
32: // 确保模板参数V是从std::allocator<T>直接或间接派生而来，
33: // 或者V就是std::allocator<T>
34: static_assert(
35: std::is_base_of<std::allocator<T>, V>::value,
36: "V should inherit from std::allocator<T>"
37: );
38:
39: };
40:
41: // 仅当模板实例化时，MyTemplate里面的那三个static_assert才会真正被演算，
42: // 藉此检查模板参数是否符合期望
43: template class MyTemplate<MyClass, MyEmptyClass, std::allocator<MyClass>>;
相关比较
我们知道，C++现有的标准中，就有assert、#error两个设施，也是用来检查错误的，还有一些第三方的静态断言实现。
assert是运行期断言，它用来发现运行期间的错误，不能提前到编译期发现错误，也不具有强制性，也谈不上改善编译信息的可读性，既然是运行期检查，对性能当然是有影响的，所以经常在发行版本中，assert都会被关掉；
#error可看做预编译期断言，甚至都算不上断言，仅仅能在预编译时显示一个错误信息，它能做的不多，可以参与预编译的条件检查，由于它无法获得编译信息，当然就做不了更进一步分析了。
那么，在stastic_assert提交到C++0x标准之前，为了弥补assert和#error的不足，出现了一些第三方解决方案，可以作编译期的静态检查，例如BOOST_STATIC_ASSERT和LOKI_STATIC_CHECK，但由于它们都是利用了一些编译器的隐晦特性实现的trick，可移植性、简便性都不是太好，还会降低编译速度，而且功能也不够完善，例如BOOST_STATIC_ASSERT就不能定义错误提示文字，而LOKI_STATIC_CHECK则要求提示文字满足C++类型定义的语法。
编译器实现
gcc和vc的实现没有太大的差别，均不支持中文提示，非常遗憾，而且VC仅支持ASCII编码，L前缀就会编译出错。GCC好像可以支持其他编码，例如L前缀和U前缀，但我试过发现结果和ASCII编码一样。
static_assert的错误提示，VC比GCC稍微友好一些，VC对上下文和调用堆栈都有较清晰描述，相比之下，GCC的提示简陋一些，但也算比较明确吧，本来么，static_assert很大程度上就是为了编译器的提示信息更加友好而存在的。
应用研究
最后再举个例子，用来判断某个类是否有某个指定名字的成员，供参考和体验。其实static_assert的应该很大程度上就是看如何构造常量表达式了，这个例子中使用了decltype关键字(也是C++0x新特性)和SFINAE技巧，以及一些编译器相关的技巧（主要是解决VC编译器的bug），具体的技术细节和原理在今后的文章中还会仔细探讨。
1: // 判断类是否含有foo这个成员变量和成员函数
2: // 针对GCC的实现，基本上就是针对标准C++的实现
3: #ifdef __GNUC__
4:
5: // check_property_foo函数的两个重载版本，结合decltype，
6: // 通过SFINAE在编译期推导指定类型是否含有foo这个成员变量
7: char check_property_foo(...);
8:
9: template <typename T>
10: void* check_property_foo(T const& t, decltype(&(t.foo)) p = 0);
11:
12: // 这个类模板通过check_property_foo得出T是否含有foo这个成员变量
13: template <typename T>
14: struct has_property_foo : public std::integral_constant<
15: bool, sizeof(check_property_foo(*static_cast(0))) == sizeof(void*)>
16: {
17: };
18:
19: // check_method_foo函数的两个重载版本，结合decltype，
20: // 通过SFINAE在编译期推导指定类型是否含有foo这个成员函数
21: char check_method_foo(...);
22:
23: template <typename T>
24: void* check_method_foo(T const& t, decltype(&(T::foo)) p = 0);
25:
26: // 这个类模板通过check_method_foo得出T是否含有foo这个成员函数
27: template <typename T>
28: struct has_method_foo : public std::integral_constant<
29: bool, !has_property_foo::value &&
30: sizeof(check_method_foo(*static_cast(0))) == sizeof(void*)>
31: {
32: };
33: #endif
34:
35: // 针对VC的实现，由于VC编译器在处理decltype和SFINAE情况下存在bug，
36: // 我们只能采用一些花招来绕过这个bug
37: #ifdef _MSC_VER
38:
39: // check_member_foo函数的两个重载版本，结合decltype，
40: // 通过SFINAE在编译期推导指定类型是否含有foo这个成员变量或函数
41: char check_member_foo(...);
42:
43: template <typename T>
44: auto check_member_foo(T const& t, decltype(&(t.foo)) p = 0)->decltype(p);
45:
46: // 这个类模板通过check_member_foo得出T是否含有foo这个成员变量
47: template <typename T>
48: struct has_property_foo
49: {
50: static const bool value =
51: sizeof(check_member_foo(*static_cast(0))) != sizeof(char) &&
52: std::is_pointerstatic_cast(0)))>::value;
53: };
54: 55: // 这个类模板通过check_member_foo得出T是否含有foo这个成员函数
56: template <typename T>
57: struct has_method_foo
58: {
59: static const bool value =
60: sizeof(check_member_foo(*static_cast(0))) != sizeof(char) &&
61: !std::is_pointerstatic_cast(0)))>::value;
62: };
63:
64: #endif
65:
66: // 先定义几个类供实现检测
67: struct WithPropertyFoo
68: {
69: int foo;
70: };
71:
72: struct WithMethodFoo
73: {
74: void foo();
75: };
76:
77: struct WithRefPorpertyFoo
78: {
79: int& foo;
80: };
81:
82: struct WithoutFoo
83: {
84: void bar();
85: };
86:
87: // 用static_assert对这些条件进行检查
88: static_assert(has_property_foo::value, "property foo needed");
89: static_assert(has_method_foo::value, "method foo needed");
90: static_assert(!has_property_foo::value, "no property foo");
91: static_assert(!has_method_foo::value, "no methoed foo");
92: static_assert(has_property_foo::value, "property foo needed");
93: static_assert(!has_method_foo::value, "no method foo");