C++新经典模板与泛型编程：萃取技术中的值萃取

传入一种类型，萃取出另外一种类型


#include <iostream>

template<typename T>
struct SumFixedTraits;

template<>
struct SumFixedTraits<char>
{
	using sumT = int;
};

template<>
struct SumFixedTraits<int>
{
	using sumT = __int64;
};

template<typename T>
auto funcsum(const T* begin, const T* end)
{
	using sumT = typename SumFixedTraits<T>::sumT; 
	sumT sum{};
	for (;;)
	{
		sum += (*begin);
		if (begin == end)
			break;
		++begin;
	}
	return sum;
}

int main()
{
	int my_int_array1[] = { 10,15,20 };
	int my_int_array2[] = { 1000000000,1500000000,2000000000 };
	char my_char_array[] = "abc";
	
	std::cout << funcsum(&my_int_array1[0], &my_int_array1[2]) << std::endl;
	std::cout << funcsum(&my_int_array2[0], &my_int_array2[2]) << std::endl;
	std::cout << (int)funcsum(&my_char_array[0], &my_char_array[2]) << std::endl;


	return 0;
}

在这里插入图片描述

  • 可以看到，求和的数组元素分别是int类型和char类型，其中char类型数据可以看作范围比较窄的int类型数据。
  • 所以，这两种类型的数据都可以用sumT sum{};的形式进行零初始化，但如果数组元素是其他类型的数据（如一个类类型），那么这种零初始化的格式可能就不合适。
  • 所以，可以尝试着利用萃取技术解决这个问题。在讲解固定萃取（fixed traits）的时候，核心思想是“传入一种类型，萃取出另外一种类型”，那么，此处的值萃取（value traits）的核心思想就是“传入一种类型，萃取出一个值”。
  • 从这句话读者可以看到，传入一种类型后，萃取出来的不仅限于一种类型，也可以是一个值。

传入一种类型，萃取出一个值

  • SumFixedTraits被当作固定萃取类模板，在这里，SumFixedTraits也同时被当作值萃取类模板来使用。现在，试着把零初始化方式移入SumFixedTraits模板，这里需要给每个当前SumFixedTraits模板的特化版本增加一行代码。
template<>
struct SumFixedTraits<char>
{
	using sumT = int;
	static const sumT initValue = 0;
};

template<>
struct SumFixedTraits<int>
{
	using sumT = __int64;
	static const sumT initValue = 0;
};

在上面的代码中，initValue的值是在编译期间就确定好的，可以直接在funcsum()函数模板中使用。修改后的funcsum()代码如下（注意sum被初始化的方式发生了改变）。

// 真他娘滴经典
template<typename T>
auto funcsum(const T* begin, const T* end)
{
	// 传入一个类型，返回一个类型，这就是固定萃取的运行
	using sumT = typename SumFixedTraits<T>::sumT;

	// 传入一个类型，返回一个值，这就是值萃取的运行
	sumT sum = SumFixedTraits<T>::initValue;

	for (;;)
	{
		sum += (*begin);
		if (begin == end)
			break;
		++begin;
	}
	return sum;
}

虽然这种写法目前看不出什么问题，但是如果对一个元素类型为double的数组求和，就会出现问题。设想一下，如果要对double类型的数组元素求和，可以再给SumFixedTraits类模板增加一个特化：

template<>
struct SumFixedTraits<double>
{
	using sumT = double;
	static const sumT initValue = 0.0;
};

error C2864: SumFixedTraits<double>::initValue: 带有类内初始化表达式的静态数据成员必 须具有不可变的常量整型类型，或必须被指定为"内联"
报错的代码行是static const sumT initValue = 0.0;，看上面的报错提示，只有整型才能进行这样的初始化，浮点型不可以。但是使用C++11标准引入的constexpr关键字，发现是可以的。所以，可以修改特化类型为double类型的SumFixedTraits类模板如下。

template<>
struct SumFixedTraits<double>
{
	using sumT = double;
	static constexpr sumT initValue = 0.0;
};

完整的值萃取代码，如下


#include <iostream>

template<typename T>
struct SumFixedTraits;

template<>
struct SumFixedTraits<char>
{
	using sumT = int;
	static const sumT initValue = 0;
};

template<>
struct SumFixedTraits<int>
{
	using sumT = __int64;
	static const sumT initValue = 0;
};

// 真他娘滴经典
template<typename T>
auto funcsum(const T* begin, const T* end)
{
	// 传入一个类型，返回一个类型，这就是固定萃取的运行
	using sumT = typename SumFixedTraits<T>::sumT;

	// 传入一个类型，返回一个值，这就是值萃取的运行
	sumT sum = SumFixedTraits<T>::initValue;

	for (;;)
	{
		sum += (*begin);
		if (begin == end)
			break;
		++begin;
	}
	return sum;
}


template<>
struct SumFixedTraits<double>
{
	using sumT = double;
	static constexpr sumT initValue = 0.0;
};


int main()
{
	double my_double_array1[] = { 12.8,15.8,20.6 };
	std::cout << funcsum(&my_double_array1[0], &my_double_array1[2]) << std::endl;


	return 0;
}

在这里插入图片描述
可以看到，通过值萃取类模板的手段，分别解决了数组元素类型为int、char、double时的求和问题。但是考虑一下，如果数组元素是类类型，如何进行类类型对象的求和呢？例如，有这样一个类A（放在SumFixedTraits类模板前面）：

class A
{
public:
	A(int v1, int v2) : m_i(v1 + v2)
	{
	}
	int m_i;
};

template<typename T>
struct SumFixedTraits;

template<>
struct SumFixedTraits<A>
{
	using sumT = A;
	static const sumT initValue(0, 0);
};

编译一下，编译器会报错：
error C2131: 表达式的计算结果不是常数
说明这种初始化initValue对象的方式不可行，那么这个初始化就要放到类外。
（1）对针对类A特化的SumFixedTraits类模板中的static const sumT initValue{0,0 };代码行进行修改，代码如下。

template<>
struct SumFixedTraits<A>
{
	using sumT = A;
	static const sumT initValue; // 这是声明，不是定义
};

（2）然后在某个.cpp源文件中对initValue进行初始化，代码如下（注意写法）。
A const SumFixedTraits<A>::initValue = A{ 0,0 }; //定义并初始化
注意，不能在多个.cpp源文件中都加入上述代码，否则链接会报错，类似：
MyProject.obj : error LNK2005: "public: static class A const SumFixedTraits<class A>:: initValue" (?initValue@?$SumFixedTraits@VA@@@@2VA@@B) 已经在 myclass.obj 中定义

// A.h
#pragma once

class A
{
public:
	A(int v1, int v2) : m_i(v1 + v2)
	{
	}
	int m_i;
};

// A.cpp
#include "A.h"
#include "test.h"

A const SumFixedTraits<A>::initValue = A(0, 0); // 定义并初始化

// test.h

#include <iostream>

#include "demo.h"

template<typename T>
struct SumFixedTraits;

template<>
struct SumFixedTraits<A>
{
	using sumT = A;
	static const sumT initValue; // 这是声明，不是定义
};

template<typename T>
auto funcsum(const T* begin, const T* end)
{
	// 传入一个类型，返回一个类型，这就是固定萃取的运行
	using sumT = typename SumFixedTraits<T>::sumT;

	// 传入一个类型，返回一个值，这就是值萃取的运行
	sumT sum = SumFixedTraits<T>::initValue;

	for (;;)
	{
		sum += (*begin);
		if (begin == end)
			break;
		++begin;
	}
	return sum;
}

int main()
{
	return 0;
}

上述方
案虽然可以解决问题，但比较烦琐，在C++ 17标准中，提出了一种新的解决方案解决类似问题—inline变量。所以，修改后的针对类A特化的SumFixedTraits类模板代码如下（注意写法）。

template<>
struct SumFixedTraits<A>
{
	using sumT = A;
	//static const sumT initValue; // 这是声明，不是定义
	inline static const sumT initValue(0, 0);
};

除了上述两种解决方案，还可以采用在特化的SumFixedTraits类模板中引入静态成员函数（initValue）的方式解决问题，因为这种函数都写在特化的SumFixedTraits类模板定义中，因此都是inline的成员函数。看一看修改后的各个特化的SumFixedTraits类模板，代码如下。

// killCmake.cpp: 定义应用程序的入口点。
//

#include "killCmake.h"

using namespace std;

class A
{
public:
	A(int v1, int v2) : m_i(v1 + v2)
	{
	}
	int m_i;
};

template<typename T>
struct SumFixedTraits;

template<>
struct SumFixedTraits<A>
{
	using sumT = A;
	//static const sumT initValue; // 这是声明，不是定义
	static const sumT initValue()
	{
		return A(0, 0);
	}
};

template<>
struct SumFixedTraits<char>
{
	using sumT = int;
	static const sumT initValue()
	{
		return 0;
	}
};

template<>
struct SumFixedTraits<int>
{
	using sumT = __int64;
	static const sumT initValue()
	{
		return 0;
	}
};


template<>
struct SumFixedTraits<double>
{
	using sumT = double;
	static constexpr sumT initValue()
	{
		return 0;
	}
};

// 真他娘滴经典
template<typename T>
auto funcsum(const T* begin, const T* end)
{
	// 传入一个类型，返回一个类型，这就是固定萃取的运行
	using sumT = typename SumFixedTraits<T>::sumT;

	// 传入一个类型，返回一个值，这就是值萃取的运行
	sumT sum = SumFixedTraits<T>::initValue();

	for (;;)
	{
		sum += (*begin);
		if (begin == end)
			break;
		++begin;
	}
	return sum;
}

int main()
{
	cout << "Hello CMake." << endl;
	return 0;
}

这个程序到这里还没完，函数模板funcsum()中要对类A的对象作加法运算，用到了+=运算符，所以这里需要对类A重载一下+=运算符。在类A的定义中添加代码：

class A
{
public:
	A(int v1, int v2) : m_i(v1 + v2)
	{
	}
	A& operator+=(const A& obj)
	{
		m_i += obj.m_i;
		return *this;
	}
	int m_i;
};

在main()主函数中添加代码：

// killCmake.cpp: 定义应用程序的入口点。
//

#include "killCmake.h"

using namespace std;

class A
{
public:
	A(int v1, int v2) : m_i(v1 + v2)
	{
	}
	A& operator+=(const A& obj)
	{
		m_i += obj.m_i;
		return *this;
	}
	int m_i;
};

template<typename T>
struct SumFixedTraits;

template<>
struct SumFixedTraits<A>
{
	using sumT = A;
	//static const sumT initValue; // 这是声明，不是定义
	static const sumT initValue()
	{
		return A(0, 0);
	}
};

template<>
struct SumFixedTraits<char>
{
	using sumT = int;
	static const sumT initValue()
	{
		return 0;
	}
};

template<>
struct SumFixedTraits<int>
{
	using sumT = __int64;
	static const sumT initValue()
	{
		return 0;
	}
};


template<>
struct SumFixedTraits<double>
{
	using sumT = double;
	static constexpr sumT initValue()
	{
		return 0;
	}
};

// 真他娘滴经典
template<typename T>
auto funcsum(const T* begin, const T* end)
{
	// 传入一个类型，返回一个类型，这就是固定萃取的运行
	using sumT = typename SumFixedTraits<T>::sumT;

	// 传入一个类型，返回一个值，这就是值萃取的运行
	sumT sum = SumFixedTraits<T>::initValue();

	for (;;)
	{
		sum += (*begin);
		if (begin == end)
			break;
		++begin;
	}
	return sum;
}

int main()
{
	cout << "Hello CMake." << endl;

	A my_A_array1[]{ A{3,1},A{6,8},A{12,11} };
	std::cout << funcsum(&my_A_array1[0], &my_A_array1[2]).m_i << std::endl;

	return 0;
}

在这里插入图片描述

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