《C++元编程》第三节 编译期断言

问题描述

断言assert是开发中很有用的工具。 通常我们使用的是 执行期断言 ， 它能够在执行期检查运行结果是否与预期的结果一致。

但是， 如果能把断言放在编译期， 就可以更早地发现可能隐藏的问题。

需求分析

普通的 执行期断言 ， 通常都接受一个bool类型的参数。 如果它为true， 就什么也不发生。 否则就报告错误， 立即结束程序。

我们的编译期断言， 也按照这个思路来做。

如何实现

上一节我们讲过， 编译期三大神器。

这一节我们将会用到其中的模板偏特化。

看下面的代码：

template<bool> struct assert0;
template<> struct assert0<true>{};

int main(){
    assert0<true> _a;
    assert0<false> _b;

    return 0;
}

那么assert0就是一个简单的编译期断言。

如果给assert0传一个true， 那么什么也不会发生。 如果传一个false， 编译期就会报错。 因为根本不存在值为false的偏特化版本。

编译期判断继承关系

上一节我们讲判断两个类的继承关系的时候， 费了好半天劲， 把判断改成了编译期做的事情。

这样改有什么意义呢？

assert0的参数必须是一个编译期确定的值， 所以如果我们想在编译期断言两个类的继承关系， 就必须在编译期判断继承关系。 （这句话好绕，不过我觉得你应该能懂我想说什么。）

结合上一节的内容， 在编译期断言两个类的继承关系：

int main(){
    assert0<is_derived_from(BarBase, BarDerived)> _a;
    assert0<is_derived_from(BarBase, Foo)> _b;

    return 0;
}

BarDerived继承自BarBase， 所以第一句什么也不会发生。

Foo和BarBase没有继承关系， 所以第二句会报告编译错误。

错误信息

刚才说， 没有继承关系的时候， 会报告编译错误。

可是报告出来的编译错误是什么样的呢？

错误： 聚合‘assert0<false> _b’类型不完全，无法被定义

这尼马是什么意思啊！ 这错误信息能体现出神马断言啊！

有没有办法改进一下这个错误信息呢？

有一些很tricky的方法。 比如这样：

template<bool> struct assert1;
template<> struct assert1<true>{
    assert1(...);
};
template<> struct assert1<false>{};

#define assert2(expr, msg) { \
    class Error_##msg{}; \
    assert1<(expr)> _noname = Error_##msg();    \
}

int main(){
    assert2(
        is_derived_from(BarBase, BarDerived),
        Is_Not_Derived
    );
    assert2(
        is_derived_from(BarBase, Foo),
        Is_Not_Derived
    );

    return 0;
}

它报告的编译错误是：

请求从`Error_Is_Not_Derived`转换到非标量类型`assert1<false>`

虽然也看起来怪怪的， 但是至少有Error_Is_Not_Derived， 心理安慰了很多。

那么这段代码是什么意思呢？

首先看struct assert1<true>， 它定义了一个构造函数， 接受任意类型的参数。 （上一节我们讲过三个点的意思） 这样， 任何类型的对象都可以通过 隐式类型转化 变成一个struct assert1<true>。

但是struct assert1<false>则没有这样的构造函数， 所以它不接受奇怪的类型向它的类型转化。

在assert2这个宏里， 我们又定义了一个奇怪的class， 叫Error_##msg， ##就是把Error_和msg做简单的字符串连接。

为了保证连接之后是一个正确的类名， msg只能由_字母_ , 数字 , 下划线 组成。

再之后， 将一个Error_##msg的对象转化成了一个assert1<(expr)>对象。

如果expr为true， struct assert1<true>接受任何类型向它的类型转化， 所以什么也不会发生。 但是如果expr为false， 就会出现编译错误。

C++11

在C++11中， 新增了static_assert， 它就是用来做编译期断言的， 而且可以自定义编译错误信息。

全文完

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