概念检查的实现 - Boost C++ 函数库

警告

本文档已过时；目前已使用相似但更新的实现技术。本文档还引用了库旧接口中的组件和协议，例如 BOOST_CLASS_REQUIRES 和 constraints() 函数，这些虽然仍受支持，但已被弃用。

理想情况下，我们希望在实例化时捕获并指出概念违规。正如 D&E[2] 中所述，可以通过执行函数模板所需的所有需求来捕获错误。如何执行这些需求（特别是有效表达式）是一个棘手的问题，因为我们希望代码被编译——但不被执行。我们的方法是在一个单独的函数中执行这些需求，并将该函数赋值给一个函数指针。在这种情况下，编译器会实例化该函数但不会实际调用它。此外，优化编译器会将赋值语句作为“死代码”移除（尽管无论如何，赋值带来的运行时开销微乎其微）。编译器或许有可能跳过对约束函数的语义分析和编译，这将使我们的函数指针技术失效。然而，这种情况不太可能发生，因为移除不必要的代码和函数通常是在编译器的后期阶段完成的。我们已成功在 GNU C++、Microsoft Visual C++ 以及多个基于 EDG 的编译器（KAI C++、SGI MIPSpro）上使用了这种函数指针技术。以下代码展示了如何将此技术应用于std::stable_sort()函数

  template <class RandomAccessIterator>
  void stable_sort_constraints(RandomAccessIterator i)
  {
    typename std::iterator_traits<RandomAccessIterator>
      ::difference_type n;
    i += n;  // exercise the requirements for RandomAccessIterator
    ...
  }
  template <class RandomAccessIterator>
  void stable_sort(RandomAccessIterator first, RandomAccessIterator last)
  {
    typedef void (*fptr_type)(RandomAccessIterator);
    fptr_type x = &stable_sort_constraints;
    ...
  }

通常有大量需求需要检查，对于库实现者来说，为每个公共函数编写如下约束函数会很麻烦：stable_sort_constraints()相反，我们根据相应概念的定义，将一组有效表达式归为一类。对于每个概念，我们定义一个概念检查类模板，其中模板参数是要检查的类型。该类包含一个constraints()成员函数，它执行该概念的所有有效表达式。约束函数中使用的对象，例如nandi，被声明为概念检查类的数据成员。

  template <class Iter>
  struct RandomAccessIteratorConcept
  {
    void constraints()
    {
      i += n;
      ...
    }
    typename std::iterator_traits<RandomAccessIterator>
      ::difference_type n;
    Iter i;
    ...
  };

我们仍然可以使用函数指针机制来触发约束函数的实例化，只是现在它将是一个成员函数指针。为了方便库实现者调用概念检查，我们将成员函数指针机制封装在一个名为function_requires()的函数中。以下代码片段展示了如何使用function_requires()来确保迭代器是 RandomAccessIterator（随机访问迭代器）。

  template <class Iter>
  void stable_sort(Iter first, Iter last)
  {
    function_requires< RandomAccessIteratorConcept<Iter> >();
    ...
  }

的定义如下。其中function_requires()是已经使用建模类型实例化的概念检查类。我们将 constraints 成员函数的地址赋值给函数指针概念，这将导致约束函数的实例化并检查该概念的有效表达式。然后我们赋值x以避免编译器发出未使用的变量警告，并将所有内容包装在 do-while 循环中以防止名称冲突。x到x为了检查类模板的类型参数，我们提供了

  template <class Concept>
  void function_requires()
  {
    void (Concept::*x)() = BOOST_FPTR Concept::constraints;
    ignore_unused_variable_warning(x);
  }

BOOST_CLASS_REQUIRE宏，它可以在类定义的内部使用（而只能在函数体内使用）。此宏声明了一个嵌套类模板，其模板参数是一个函数指针。然后，我们将嵌套类类型用于 typedef，并将约束函数的函数指针类型作为模板参数。我们使用function_requires()type_var名称在嵌套类和 typedef 名称中，以帮助防止名称冲突。and概念此外，还有

#define BOOST_CLASS_REQUIRE(type_var, ns, concept) \
  typedef void (ns::concept <type_var>::* func##type_var##concept)(); \
  template <func##type_var##concept _Tp1> \
  struct concept_checking_##type_var##concept { }; \
  typedef concept_checking_##type_var##concept< \
    BOOST_FPTR ns::concept<type_var>::constraints> \
    concept_checking_typedef_##type_var##concept

的版本宏，它可以在类定义的内部使用（而，它们接受更多参数，以处理包含两个或多个类型之间交互的概念。宏，它可以在类定义的内部使用（而在 BCCL 概念检查的实现中没有使用，因为一些编译器没有实现函数指针类型的模板参数。

Jeremy Siek(jsiek@osl.iu.edu) Andrew Lumsdaine(lums@osl.iu.edu), 2007 David Abrahams.

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