Question

注意： 在说明和示例中，我正在使用eigen库。但是，不熟悉该库的人可能会概括和理解我的问题，例如将ConstColXpr替换为std::string_view，将Vector替换为std::string。

问题： 我想创建一个使用CRTP的接口，其中有两个继承自该类的类，在调用某些成员函数时，它们具有以下不同之处：

第一类返回数据成员（Eigen::Matrix<...>::ConstColXpr）的视图
第二个类没有此数据成员。而是在调用函数然后返回（作为Eigen::Vector<...>）时计算适当的值

这两种返回类型都具有相同的尺寸（例如2x1的列向量）和相同的接口，即可以完全相同的方式进行交互。这就是为什么我认为将函数定义为接口的一部分是合理的。但是，我不知道如何在基类/接口中正确定义/限制返回类型。 auto可以正常编译和执行，但是不会告诉用户任何期望的内容。

是否可以以更清晰的方式定义接口？我尝试将std::invoke_result与实现函数配合使用，但随后必须在接口之前包括继承类型，这是相当落后的。而且它并没有比auto好多少，因为在实现中仍然需要查找实际类型。

一个很好的答案将是常见的Eigen类型，其中尺寸清晰。但是，我不希望调用接口函数需要模板参数（这与Eigen::MatrixBase有关），因为已经有依赖于接口的代码了。另一个不错的答案是某种构造，它允许两种不同的返回类型，但不必知道完整的派生类型。但是欢迎所有答案和其他反馈！

以下是说明问题的代码：

#include <Eigen/Dense>
#include <type_traits>
#include <utility>
#include <iostream>

template<typename T>
class Base
{
public:
    auto myFunc(int) const;

protected:
    Base();
};

template<typename T>
Base<T>::Base() {
    /* make sure the function is actually implemented, otherwise generate a
     * useful error message */
    static_assert( std::is_member_function_pointer_v<decltype(&T::myFuncImp)> );
}

template<typename T>
auto Base<T>::myFunc(int i) const {
    return static_cast<const T&>(*this).myFuncImp(i);
}


using Matrix2Xd = Eigen::Matrix<double,2,Eigen::Dynamic>;

class Derived1 : public Base<Derived1>
{
private:
    Matrix2Xd m_data;

public:
    Derived1( Matrix2Xd&& );

private:    
    auto myFuncImp(int) const -> Matrix2Xd::ConstColXpr;
    friend Base;
};

Derived1::Derived1( Matrix2Xd&& data ) :
    m_data {data}
{}

auto Derived1::myFuncImp(int i) const -> Matrix2Xd::ConstColXpr {
    return m_data.col(i);
}


class Derived2 : public Base<Derived2>
{
private:
    auto myFuncImp(int) const -> Eigen::Vector2d;
    friend Base;
};

auto Derived2::myFuncImp(int i) const -> Eigen::Vector2d {
    return Eigen::Vector2d { 2*i, 3*i };
}

int main(){
    Matrix2Xd m (2, 3);
    m <<
        0, 2, 4,
        1, 3, 5;

    Derived1 d1 { std::move(m) };

    std::cout << "d1: " << d1.myFunc(2).transpose() << "\n";

    Derived2 d2;

    std::cout << "d2: " << d2.myFunc(2).transpose() << "\n";

    return 0;
}

在我的机器上，这会打印

d1: 4 5
d2: 4 6

Answer 1

好的，我想我找到了一个可读性强的解决方案。仍然欢迎反馈。我刚刚定义了另一个模板参数bool，它告诉派生的类是否保存数据，并使用std::conditional和bool定义了返回类型：

#include <Eigen/Dense>
#include <type_traits>
#include <utility>
#include <iostream>


using Matrix2Xd = Eigen::Matrix<double,2,Eigen::Dynamic>;
using Eigen::Vector2d;


template<typename T, bool hasData>
class Base
{
public:
    auto myFunc(int) const ->
        std::conditional_t<hasData, Matrix2Xd::ConstColXpr, Vector2d>;

protected:
    Base();
};

template<typename T, bool hasData>
Base<T, hasData>::Base() {
    static_assert( std::is_member_function_pointer_v<decltype(&T::myFuncImp)> );
}

template<typename T, bool hasData>
auto Base<T, hasData>::myFunc(int i) const ->
std::conditional_t<hasData, Matrix2Xd::ConstColXpr, Vector2d> {
    return static_cast<const T&>(*this).myFuncImp(i);
}



class Derived1 : public Base<Derived1, true>
{
private:
    Matrix2Xd m_data;

public:
    Derived1( Matrix2Xd&& );

private:    
    auto myFuncImp(int) const -> Matrix2Xd::ConstColXpr;
    friend Base;
};

Derived1::Derived1( Matrix2Xd&& data ) :
    m_data {data}
{}

auto Derived1::myFuncImp(int i) const -> Matrix2Xd::ConstColXpr {
    return m_data.col(i);
}


class Derived2 : public Base<Derived2, false>
{
private:
    auto myFuncImp(int) const -> Eigen::Vector2d;
    friend Base;
};

auto Derived2::myFuncImp(int i) const -> Eigen::Vector2d {
    return Eigen::Vector2d { 2*i, 3*i };
}

int main(){
    Matrix2Xd m (2, 3);
    m <<
        0, 2, 4,
        1, 3, 5;

    Derived1 d1 { std::move(m) };

    std::cout << "d1: " << d1.myFunc(2).transpose() << "\n";

    Derived2 d2;

    std::cout << "d2: " << d2.myFunc(2).transpose() << "\n";

    return 0;
}

编译并执行正常。较为详细，但至少清楚地表明了意图。

仍然欢迎其他答案。

Answer 2

注意：添加另一个答案，因为两个答案均有效且独立。

另一种方法是定义特征类。与上一个答案相比的优势在于，任何想要使用Base类型的对象的代码都不必具有多个模板参数。多个模板参数意味着它们可以混合和匹配，但是这里的情况更多是关于一种模板类型，在逻辑上暗示应该使用哪种类型。

首先，定义一个空的traits类：

template<typename T>
class BaseTraits {};

这是完整定义，而不是前向声明。然后，它必须专门针对从Base派生的每种类型：

class Derived1; // forward declaration for the traits class

template<>
class BaseTraits<Derived1>
{
public:
    using VectorType = Matrix2Xd::ConstColXpr;
};

和

class Derived2;

template<>
class BaseTraits<Derived2>
{
public:
    using VectorType = Eigen::Vector2d;
};

现在，Base可以将VectorType与typealias一起使用：

template<typename T>
class Base
{
public:
    using VectorType = typename BaseTraits<T>::VectorType;

    auto myFunc(int) const -> VectorType; /* note the speaking return type */

protected:
    Base();
};

现在可以清楚地知道myFunc应该返回什么-至少与特征的命名一样清晰；）

这是完整的代码：

#include <Eigen/Dense>
#include <type_traits>
#include <utility>
#include <iostream>


template<typename T>
class BaseTraits {};

template<typename T>
class Base
{
public:
    using VectorType = typename BaseTraits<T>::VectorType;
    auto myFunc(int) const -> VectorType;

protected:
    Base();
};

template<typename T>
Base<T>::Base() {
    /* make sure the function is actually implemented, otherwise generate a
     * useful error message */
    static_assert( std::is_member_function_pointer_v<decltype(&T::myFuncImp)> );
}

template<typename T>
auto Base<T>::myFunc(int i) const -> VectorType {
    return static_cast<const T&>(*this).myFuncImp(i);
}


using Matrix2Xd = Eigen::Matrix<double,2,Eigen::Dynamic>;

class Derived1;

template<>
class BaseTraits<Derived1>
{
public:
    using VectorType = Matrix2Xd::ConstColXpr;
};

class Derived1 : public Base<Derived1>
{
private:
    Matrix2Xd m_data;

public:
    Derived1( Matrix2Xd&& );

private:    
    auto myFuncImp(int) const -> Matrix2Xd::ConstColXpr;
    friend Base;
};

Derived1::Derived1( Matrix2Xd&& data ) :
    m_data {data}
{}

auto Derived1::myFuncImp(int i) const -> Matrix2Xd::ConstColXpr {
    return m_data.col(i);
}

class Derived2;

template<>
class BaseTraits<Derived2>
{
public:
    using VectorType = Eigen::Vector2d;
};

class Derived2 : public Base<Derived2>
{
private:
    auto myFuncImp(int) const -> Eigen::Vector2d;
    friend Base;
};

auto Derived2::myFuncImp(int i) const -> Eigen::Vector2d {
    return Eigen::Vector2d { 2*i, 3*i };
}

int main(){
    Matrix2Xd m (2, 3);
    m <<
        0, 2, 4,
        1, 3, 5;

    Derived1 d1 { std::move(m) };

    std::cout << "d1: " << d1.myFunc(2).transpose() << "\n";

    Derived2 d2;

    std::cout << "d2: " << d2.myFunc(2).transpose() << "\n";

    return 0;
}

CRTP接口：实现中的不同返回类型

2 个答案: