实现std::变量转换构造函数-或者:如何从参数包中找到从任何T到Ti的所有转换的第一个重载

Question

在c++标准的最新工作草案(第572页)中，std::variant的转换构造函数被注释为:

template <class T> constexpr variant(T&& t) noexcept(see below );

设Tj为如下确定的类型:为每个可选类型Ti构建一个虚函数FUN (Ti)。重载解析为表达式FUN (std::forward<T>(t))选择的重载FUN (Tj)定义了可选的Tj，它是构造后包含值的类型。

Effects:初始化*this保存可选类型Tj和直接初始化包含的值

直接用std::forward<T>(t)初始化

[…]

备注:此函数不参与重载解析，除非is_same_v<decay_t<T>, variant>为假，除非is_constructible_v<Tj, T>为真，除非表达式FUN ( std::forward<T>(t)) (FUN是上述的集合)为真虚函数)是格式良好的。

在cppreference上使用以下示例来说明转换:

variant<string> v("abc"); // OK
variant<string, string> w("abc"); // ill-formed, can't select the alternative to convert to
variant<string, bool> x("abc"); // OK, but chooses bool

如何模拟假想的过载解析以获得最终类型Tj ?

Answer 1

我将描述的技术实际上是构建一个重载集，并通过尝试调用它来执行重载解析，看看std::result_of会发生什么。

构建重载集

定义一个函数对象，递归地为每个T定义一个T operator()(T) const。

template <typename T>
struct identity { using type = T; };
template <typename... Ts> struct overload;
template <> struct overload<> { void operator()() const; };
template <typename T, typename... Ts>
struct overload<T, Ts...> : overload<Ts...> {
  using overload<Ts...>::operator();
  identity<T> operator()(T) const;
};
// void is a valid variant alternative, but "T operator()(T)" is ill-formed
// when T is void
template <typename... Ts>
struct overload<void, Ts...> : overload<Ts...> {
  using overload<Ts...>::operator();
  identity<void> operator()() const;
};

执行过载解析

我们现在可以使用std::result_of_t来模拟重载解析，并找到赢家。

// Find the best match out of `Ts...` with `T` as the argument.
template <typename T, typename... Ts>
using best_match = typename std::result_of_t<overload<Ts...>(T)>::type;

在variant<Ts...>中，我们会这样使用:

template <typename T, typename U = best_match<T&&, Ts...>>
constexpr variant(T&&);

一些测试

好吧!我们做完了吗?以下测试通过!

// (1) `variant<string, void> v("abc");` // OK
static_assert(
    std::is_same_v<std::string,
                   best_match<const char*, std::string, void>>);
// (2) `variant<string, string> w("abc");` // ill-formed
static_assert(
    std::is_same_v<std::string,
                   best_match<const char*, std::string, std::string>>);
// (3) `variant<string, bool> x("abc");` // OK, but chooses bool
static_assert(
    std::is_same_v<bool,
                   best_match<const char*, std::string, bool>>);

实际上，我们不希望(2)通过。让我们探讨更多的情况:

无匹配

如果没有可行的匹配，构造函数简单地sfinae退出。我们在best_match中免费获得了这种行为，因为std::result_of从c++ 14开始是sfinae友好的:D

独特匹配

我们希望最佳匹配是唯一的最佳匹配。这是我们想要失败的(2)。例如，我们可以通过检查best_match的结果是否恰好在Ts...中出现一次来测试这一点。

template <typename T, typename... Ts>
constexpr size_t count() {
  size_t result = 0;
  constexpr bool matches[] = {std::is_same_v<T, Ts>...};
  for (bool match : matches) {
    if (match) {
      ++result;
    }
  }
  return result;
}

我们可以用一种sfinae友好的方式将这个条件扩展到best_match:

template <typename T, typename... Ts>
using best_match_impl = std::enable_if_t<(count<T, Ts...>() == 1), T>;
template <typename T, typename... Ts>
using best_match = best_match_impl<std::result_of_t<overload<Ts...>(T)>, Ts...>;

结论

(2)现在失败了，我们可以简单地这样使用best_match:

template <typename T, typename U = best_match<T&&, Ts...>>
constexpr variant(T&&);

更多测试

template <typename> print;  // undefined
template <typename... Ts>
class variant {
  template <typename T, typename U = best_match<T&&, Ts...>>
  constexpr variant(T&&) {
    print<U>{}; // trigger implicit instantiation of undefined template error.
  }
};
// error: implicit instantiation of undefined template
// 'print<std::__1::basic_string<char> >'
variant<std::string> v("abc");
// error: no matching constructor for initialization of
// 'variant<std::string, std::string>'
variant<std::string, std::string> w("abc");
// error: implicit instantiation of undefined template 'print<bool>'
variant<std::string, bool> x("abc");