C++的SFINAE

Substitution Failure Is Not An Error

SFINAE,即匹配失败不是错误。它是C++中一种很有用的规则。在决议重载的模板函数或者特化/偏特化类的时候,如果对一个较为「特化」版的候选者的模板形参推断(匹配)失败,将转而对其他次「特化」的候选者进行模板参数推断(匹配),而不是返回一个错误。

先看一个简单的例子:

struct Test
{
typedef int foo;
};

template<typename T>
void bar(typename T::foo) // #1
{

}

template<typename T>
void bar(T) // #2
{

}

int main(int argc, char* argv[])
{

bar<Test>(0); // call #1
bar<int>(0); // call #2, not error.
}

第一个函数调用,显示实例化形参为Test类型,而Test有一个类型foo,所以匹配#1版本成功。

第二个函数调用,因为编译器总是最先尝试推断(匹配)「最特化」的候选函数,所以先对#1版本进行匹配,而int是一个内置类型,并没有子类型foo,所以#1版本匹配失败,然后转而对#2版本的候选函数进行匹配,即T实例化为int类型,匹配成功。

利用SFINAE这种特性,就可以在编译期做很多事情了。

比如下面这种方法可以判断某个类型是否含有名字为destroy的public成员函数。

template<typename T>
struct has_destroy
{
template<typename U>
static char check(typeof(&U::destroy));

template<typename U>
static int check(...);

static const bool value = (sizeof(check<T>(0)) == 1);
};

template<typename T>
const bool has_destroy<T>::value;

class Foo
{
public:
void destroy()
{
}
};

int main(int argc, char* argv[])
{
printf("%d\n", static_cast<int>(has_destroy<Foo>::value)); // 1
printf("%d\n", static_cast<int>(has_destroy<int>::value)); // 0
}

当T有名为destroy的public成员函数时,初始化value的时候会匹配第一个check,而当T为int的时候会匹配第二个check。

我们知道sizeof的值是在编译期的时候就会被计算出来的,但是在编译期又不可能执行函数调用,所以当check匹配成功后,就直接用所成功匹配的check的返回类型作为sizeof的参数进行计算。

还可以利用SFINAE来判断一个类型是否是某个类型,比如可以用它来判断某个类型是否是指针:

template<typename T>
struct is_pointer
{
template<typename U>
static char check(U*);

template<typename R, typename U>
static char check(R U::*);

static int check(...);

static T obj;
static const bool value = (sizeof(check(obj)) == 1);
};

template<typename T>
T is_pointer<T>::obj;

template<typename T>
const bool is_pointer<T>::value;

int main(int argc, char* argv[])
{

printf("%d\n", static_cast<int>(is_pointer<int*>::value)); // 1
printf("%d\n", static_cast<int>(is_pointer<int>::value)); // 0

typedef int (*callback)(int, int);
printf("%d\n", static_cast<int>(is_pointer<callback>::value)); // 1
}
  • 当T是普通指针或者普通函数指针的时候匹配第一个check。
  • 当T是数据成员指针或者成员函数指针的时候匹配第二个check。
    当然了,这种方法有一定的局限性,如果T是一个纯虚基类或者T的构造函数不是public,抑或是没有默认构造函数,那么就无法正常工作了。

另一个比较好的方法是用利用类特化/偏特化时候的SFINAE来实现。