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我正在编写一个 C++ 库，其中包含许多我想显式实例化和导出多个类型参数的函数模板。在我的特殊情况下，我有很多数字函数模板，我想分别为float、double和long double. 它们看起来像这样：

template <typename T>
T calculate_a(T x) { ... }

template <typename T>
T calculate_b(T x, T y) { ... }

// ...

如果我有 M 个函数模板和 N 个基础类型，那么我就有 M*N 个显式实例化要输入。是否可以更简洁地编写这些实例化？

我当前的解决方案是使用一个预处理器宏来执行给定类型的所有实例化：

#define EXPLICITLY_INSTANTIATE(T) \
    template T calculate_a<T>(T x); \
    template T calculate_b<T>(T x, T y); \
    // ...

EXPLICITLY_INSTANTIATE(float);
EXPLICITLY_INSTANTIATE(double);
EXPLICITLY_INSTANTIATE(long double);

然而，这是次优的，因为它需要我单独维护每个函数模板签名的另一个副本。此外，如果我想在多个翻译单元中执行此操作，那么我需要在每个翻译单元中单独维护一个基础类型列表。（假设 C++2a 添加了long long double我想要支持的类型；我必须添加EXPLICITLY_INSTANTIATE(long long double);到每个文件中。）

另一种可能的方法是将我的所有函数收集到一个（仅静态）模板类中：

template <typename T>
class calculate {
    T a(T x) { ... }
    T b(T x, T y) { ... }
};

template class calculate<float>;
template class calculate<double>;
template class calculate<long double>;

这解决了第一个问题，即分别维护每个签名的两个副本，但需要我将每个调用更改为calculate_ainto calculate::a<T>。它没有解决第二个问题。

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4 回答 4

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您可以通过获取模板的地址来实例化模板，从而避免重复函数签名：

// forward declarations in a header file
template<typename T>
T square(T num);

template<typename T>
T add(T left, T right);

// implementations and instantiations in a single implementation file
template<typename T>
T square(T num) {
    return num * num;
}

template<typename T>
T add(T left, T right) {
    return left + right;
}

// instantiations for specific types
#include <tuple>

template<typename... Ts>
auto instantiate() {
    static auto funcs = std::tuple_cat(std::make_tuple(
        add<Ts>,
        square<Ts>
    )...);

    return &funcs;
}

template auto instantiate<int, double>();

这里的开销是指向所有实例化函数的单个指针数组，例如godbolt。

于 2018-05-15T12:24:09.357 回答
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这就是X 宏的用途。它的工作原理非常简单。

您有一个文件，其中包含您想要应用它的所有类型。我们称之为“type_list.inc”。它看起来像这样：

X(float)
X(double)
X(long double)

当您想对该类型列表执行某些操作时，您#include就是文件，但在包含点附近，您#define需要使用宏X来执行您想要执行的操作：

#define X(T) \
    template T calculate_a<T>(T x); \
    template T calculate_b<T>(T x, T y); \
    // ...
#include "type_list.inc"
#undef X

您仍然需要维护两组函数原型。但是您只需要维护一个类型列表。

于 2018-05-15T03:44:40.767 回答
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我没有清楚地表达我在这个问题中的意图。我显式实例化的目的不是限制可以调用这些函数的类型，而是通知编译器生成浮点、双精度和长双精度的可执行代码

好吧...如果您的所有类型都是默认可构造的（as和float）...在模板函数中使用折叠如下doublelong doublefoo()

template <typename ... Ts>
void foo ()
 { ((calculate_a(Ts{}), calculate_b(Ts{}, Ts{})), ...); }

foo()并使用所需类型调用

foo<float, double, long double>();

应该工作，我想。

下面是一个完整的编译示例

template <typename T>
T calculate_a (T x)
 { return x; }

template <typename T>
T calculate_b (T x, T y)
 { return x+y; }

template <typename ... Ts>
void foo ()
 { ((calculate_a(Ts{}), calculate_b(Ts{}, Ts{})), ...); }

int main ()
 {
   foo<float, double, long double>();
 }
于 2018-05-14T22:33:56.810 回答
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对您想要的类型使用常规重载并让它们调用函数模板，如下所示：

float calculate_a(float x) { return calculate_a<float>(x); }
float calculate_b(float x, float y) { return calculate_b<float>(x, y); }

double calculate_a(double x) { return calculate_a<double>(x); }
double calculate_b(double x, double y) { return calculate_b<double>(x, y); }

long double calculate_a(long double x) { return calculate_a<long double>(x); }
long double calculate_b(long double x, long double y) { return calculate_b<long double>(x, y); }
于 2018-05-14T21:34:38.133 回答