强制编译时约束

强制编译时约束2011-04-09 MTT工作室 Danny Kalev通用的约束和算法常常给所处理的对象强加某些限制。例如，std::sort（）算法需要其操作的对象元素定义 < 操作符。强制此约束很容易：编译器尝试针对给定类型调用该操作符。如果这个操作符不存在，你会得到一个编译错误：

#include <algorithm>
struct S{}; //doesn"t define operator <
int main（）
{
   S s[2];
   std::sort（s, s+2）; // 出错: 在类型 "S"中 "operator<" 没有实现
}

但是，要表达约束以及强制执行约束并不是一件容易的事情。很多抽象的约束比如：“必须是一个基类 ”或“必须是一个 POD 类型”需要来自程序员更多的灵活性和技巧。本文下面将示范如何一通用的方式实现此类约束。

如何以通用的方式强制执行对象的编译时约束？

使用“约束模板”自动强制执行编译时约束

提出问题

假设你的应用程序需要一个接口，这个接口是用 C 或者 SQL 编写的非C++模块。为此，你需要保证传递到非C++模块的所有对象具备 POD 类型。

struct S1 { int x;};
class S2 { public: void func（）; };
union S3 { struct { int x, y; } t; char c[4];};
struct S4 : S1, S2 {};

以上数据都是 POD 类型，而下面这些则不然：

struct C1 {
    virtual void func（）; //有 一个虚函数
};
struct C2 {
    struct T{ int x, y; };
     ~C2（）; //有一个析构函数
};
struct C3 : virtual S1 {} ; //有一个虚拟 基类

在个别编程实现中 POD 和非 POD 的使用是有严格区分的，在 <csstddef> 中定义的标准宏 offsetof（）就是一个例子。参见下列表达式：

size_t nbytes = offsetof （S, mem）;

该表达式以字节为单位返回成员 mem 的偏移量。按照 C++ 标准，S 必须是一个 POD 类（class），结构（struct）或者联合（union），否则，结果是不确定的。所以你的任务是编写一个约束，这个约束能在编译时自动区分 POD 和非 POD 类型。一旦违反了“必须是一个 POD 类型”约束，编译器便会发出明确的出错信息。

实现约束

约束实际上就是在某个类模板的成员函数中的一个表达式或者是一个声明。当约束被违反后，上述的表达式便触发一个编译错误。具有挑战的地方是要找到正确的编译时表达式，在约束被违反时激活这些表达式。此时熟悉 C++ 标准当然是有益而无害的。标准中说非 POD 对象不能是一个联合（union）的成员（见标准的 clause 9.5）。利用这个限制，创建一个联合，让其唯一成员就是你要测试的对象不就行了。

template <class T> struct POD_test
{
  POD_test（）
  {
    union
    {
      T t; //T 必须是一个 POD 类型
    } u;
  }
};