C++ std::enable_if解析

yuliying  2017-04-13 13:32:03  2634  收藏

https://blog.csdn.net/yuliying/article/details/70157220

 

引言

今日在阅读LLVM相关源码时（如下所示），遇到了enable_if<>这个概念，以前从没有遇到过，这里做个小记。

1.  
   /*----------llvm/include/llvm/ADT/Hashing.h------------*/
2.  
   /// \brief Compute a hash_code for any integer value.
3.  
   ///
4.  
   /// Note that this function is intended to compute the same hash_code for
5.  
   /// a particular value without regard to the pre-promotion type. This is in
6.  
   /// contrast to hash_combine which may produce different hash_codes for
7.  
   /// differing argument types even if they would implicit promote to a common
8.  
   /// type without changing the value.
9.  
    
10.  
    template <typename T>
11.  
    typename std::enable_if<is_integral_or_enum<T>::value, hash_code>::type
12.  
    hash_value(T value);

enable_if 的主要作用就是当某个 condition 成立时，enable_if可以提供某种类型。enable_if在标准库中通过结构体模板实现的，声明如下：

template<bool Cond, class T = void> struct enable_if;

英文解释如下：

Enable type if the condition is met. 
The type T is enabled as member type enable_if::type if Cond is true. Otherwise, enable_if::type is not defined.

但是当 condition 不满足的时候，enable_if<>::type 就是未定义的，当用到模板相关的场景时，只会 instantiate fail，并不会编译错误，这时很重要的一点。为了理解 std::enable_if<> 的实现，我们先来了解一下 SFINAE。

---

SFINAE

SFINAE 是C++ 的一种语言属性，具体内容就是”从一组重载函数中删除模板实例化无效的函数”。

Prune functions that do not yield valid template instantiations from a set of overload functions.

SFINAE 的的全称是 Substitution Failure Is Not An Error。

SFINAE 应用最为广泛的场景是C++中的 std::enable_if，这里有完整的英文描述：

In the process of template argument deduction, a C++ compiler attempts to instantiate signatures of a number of candidate overloaded functions to make sure that exactly one overloaded function is available as a perfect match for a given function call.

从上面的描述中我们可以看到，在对一个函数调用进行模板推导时，编译器会尝试推导所有的候选函数（重载函数，模板，但是普通函数的优先级要高），以确保得到一个最完美的匹配。

If an invalid argument or return type is formed during the instantiation of a function template, the instantiation is removed from the overload resolution set instead of causing a compilation error. 
As long as there is one and only one function to which the call can be dispatched, the compiler issues no errors.

也就是说在推导的过程中，如果出现了无效的模板参数，则会将该候选函数从重载决议集合中删除，只要最终得到了一个 perfect match ，编译就不会报错。

如下代码所示：

1.  
   long multiply(int i, int j) { return i * j; }
2.  
    
3.  
   template <class T>
4.  
   typename T::multiplication_result multiply(T t1, T t2)
5.  
   {
6.  
   return t1 * t2;
7.  
   }
8.  
    
9.  
   int main(void)
10.  
    {
11.  
    multiply( 4, 5);
12.  
    }

main 函数调用 multiply 会使编译器会尽可能去匹配所有候选函数，虽然第一个 multiply 函数明显是较优的匹配，但是为了得到一个最精确的匹配，编译器依然会尝试去匹配剩下的候选函数，此时就会去推导 第二个multiply函数，中间在参数推导的过程中出现了一个无效的类型 int::multiplication_result ，但是因为 SFINAE 原则并不会报错。

---

std::enable_if<> 的实现

前面我们在介绍 std::enable_if 的时候提到，如果 condition 不满足的话，会生成一个无效的类型，此处由于SFINAE 机制的存在，只要 call 存在一个匹配的话，就不会报错（只是简单的丢弃该函数）。

std::enable_if<>的实现机制如下代码所示：

1.  
   template<bool Cond, typename T = void> struct enable_if {};
2.  
    
3.  
   template<typename T> struct enable_if<true, T> { typedef T type; };

从上面的代码可以看到

在 condition 为真的时候，由于偏特化机制，第二个结构体模板明显是一个更好的匹配，所以 std::enable_if<>::type 就是有效的。

当 condition 为假的时候，只有第一个结构体模板能够匹配，所以std::enable_if<>::type 是无效的，会被丢弃，编译器会报错：error: no type named ‘type’ in ‘struct std::enable_if<false, bool>。

 

Note: 下面是Visual Studio 2013的实现：

1.  
   // TEMPLATE CLASS enable_if
2.  
   template<bool _Test,
3.  
   class _Ty = void>
4.  
   struct enable_if
5.  
   { // type is undefined for assumed !_Test
6.  
   };
7.  
    
8.  
   template<class _Ty>
9.  
   struct enable_if<true, _Ty>
10.  
    { // type is _Ty for _Test
11.  
    typedef _Ty type;
12.  
    };

---

std::enable_if<> 使用及使用

std::enable_if<> 的使用原型如下所示：

template <bool Cond, class T = void> struct enable_if;

• Cond, A compile-time constant of type bool
• T, A type.

使用 enable_if 的时候，对参数有这两方面的限制。

member type	definition
type	T (defined only if Cond is true)

该例子来自于 这里：

1.  
   // enable_if example: two ways of using enable_if
2.  
   #include <iostream>
3.  
   #include <type_traits>
4.  
    
5.  
   // 1. the return type (bool) is only valid if T is an integral type:
6.  
   template <class T>
7.  
   typename std::enable_if<std::is_integral<T>::value,bool>::type
8.  
   is_odd (T i) {return bool(i%2);}
9.  
    
10.  
    // 2. the second template argument is only valid if T is an integral type:
11.  
    template < class T,
12.  
    class = typename std::enable_if<std::is_integral<T>::value>::type>
13.  
    bool is_even (T i) {return !bool(i%2);}
14.  
     
15.  
    int main() {
16.  
     
17.  
    short int i = 1; // code does not compile if type of i is not integral
18.  
     
19.  
    std::cout << std::boolalpha;
20.  
    std::cout << "i is odd: " << is_odd(i) << std::endl;
21.  
    std::cout << "i is even: " << is_even(i) << std::endl;
22.  
     
23.  
    return 0;
24.  
    }