c++11 std::enable_if在模板偏特化的妙用

1.模板自动推导功能。

先看个例子:

在调用TestTemplate函数时，我们可以在函数后面加上<类型>无歧义地指定调用的版本。

结果如下:

由于模板参数在函数参数中的位置是固定的，编译器其实可以推导出参数的类型，这样程序员们就可以不指定模板的类型来调用，代码更加简洁清晰通用，不会出现写错模板类型的错误，如下:

模板自动推导是如此的美好，我们要好好地利用它。在应用过程中，也引入了一些问题，有些情况，编译器发现某些代码满足多个同名函数模板，无法决定特化成哪一个，便会报错；或者编译器不报错了，但是我们自己都不确定编译器特化成哪一个，存在巨大的隐患。

因此，十分有必要搞清楚特化的规则。

2.模板函数推导的优先级。

a.不带模板的函数最优先。

例如增加专门针对int类型的普通函数实现:

结果如下:

当参数是int时，调用了普通函数的版本，虽然模板也满足，但是普通函数优先。

如果确实需要调用模板的版本，可以通过指定模板参数类型来实现。

如下:

这样就能调用到模板的版本。

b.模板参数个数越少的越优先(不建议参考)。

我在VS2017测试如下:

TestTemplate接受2个类型T1, T2。以上输出就是调用模板实现。

此处没有歧义，谁赞同，谁反对？

这时增加一个模板函数，对于T1和T2是同类型时，作出处理。

此时，编译器会调用哪个？是否明确？

我在VS2017上测试，发现调用了模板参数少的，结果如下：

在标准上不知道有没有规定这种情况应该实例化哪个函数，为了避免引起误会，建议不能依赖它。写代码时要避开有歧义的坑，确保读者写者都对含义的理解完全一致。后面std::enable_if完全可以清晰地表达我们想要编译器实例化成哪个函数。

3.模板类型推导冲突。

当一个模板函数推导，没有特化满足，或者多于一个特化满足时，编译器都会报错，罢工。

假设我要实现一个转换函数，让不同的类型相互转换，例如short转成int, int 转成string等。

其中从std::string转换成基本类型，或者基本类型转换成std::string，我希望引入第三方的串行化库来实现，这时，分别对这两种情况进行了模板特化。

以上代码运行良好，输出如下:

当我们增加一行从std::string转换到std::string的模板调用时，编译器就不干了。

因为这个调用，以上3个模板定义都满足，而且无法通过指定模板类型的方法来解决。Transform<std::string>指定了模板参数类型后，依然是冲突的。

解决方案一:

增加一个std::string转std::string的普通函数重载，根据普通函数优先的规则，编译器锁定了调用的版本，不再有歧义。缺点就是代码对于std::string转std::string的逻辑表达上是冗余的，同一份逻辑，在两个地方重复定义了，而重复是万恶之源。对于在c++11以前，也没有更好的表达办法了。

解决方案二:

在语法上明确地告知编译器，我们想要它怎样去选择。在c++11以后，我们有了这样的表达工具，那就是std::enable_if。具体用法在后面介绍。

4.std::enable_if用法

enable_if 的主要作用就是:当某个条件成立时，enable_if表示指定的类型；当条件不成立时， enable_if表示未定义，但不会报错，编译器在实例化时就会忽略它，最终定位在唯一符合实例化的实现。声明如下：

template<bool Cond, class T = void> struct enable_if;

a.SFINAE特性

SFINAE 全称是 Substitution Failure Is Not An Error。当模板定义中出现了一些符合c++语法，但是不存在的函数，或者变量等。只要没有真正实例化，也不会报错。

例如:

T::testError函数，在没有实例化之前，编译器都不会去考虑它是否存在，是否合法。只要不违反c++语法就可以了。

违反C++语法的，即使没有实例化，也会报错的。例如输入了一些中文:

b.有了SFINAE特性， std::enable_if才能放心地大展拳脚。

现在我们来解决前面提到的std::string转换成std::string的特化问题。

先写出了Transform函数的通用表达如下:

之前的所有Transform调用都是通过的。

typename std::enable_if<true, "类型">::type 等价于 "类型"

typename std::enable_if<false, "类型">::type 等价于未定义

<==>表示等价于, 那么:

typename std::enable_if<true, bool>::tpye <==> bool

typename std::enable_if<true, int>::tpye <==> int

typename std::enable_if<true, T1>::tpye <==> T1

typename std::enable_if<false, bool>::tpye <==> 未定义

typename std::enable_if<false, int>::tpye <==> 未定义

typename std::enable_if<false, T1>::tpye <==> 未定义

未定义表示，该类型标识所在的函数等价于没有定义，编译器在实例化时会忽略它。

Transform函数修改如下:

由于std::enable_if中的condition固定为true,

typename std::enable_if<true, bool>::tpye <==> bool

整个模板函数，跟修改前其实时一样的，因此编译也通过。

一旦把std::enable_if里的条件改成false，编译器便报错。

std::is_same用于判断两个类型是否相同。

std::is_same(T1, T2)::value的结果就是bool类型。

如果T1，T2类型相同，std::is_same(T1, T2)::value = true；

如果T1，T2类型不同，std::is_same(T1, T2)::value = false；

std::is_same等函数与std::enable_if组合起来就可以实现根据类型选择不同的模板特化的精准控制。

例如在以上基础上增加std::is_same(T1, T2)判断:

编译器提示T1与T2类型不相同的模板实例化失败。而T1和T2类型相同情况，就精准地调用了我们对类型相同判断后的特化。

接下来我们分别对

目标是字符串，但源不是。

以及目标不是字符串，但源是的情况做特化。

结果准确地如我们所愿:

并且当我们把int转成unsigned short时，它能准确地报错，告知我们该转换需要另外实现。

std::enable_if用法规则如上，除了可以用在函数返回值上，还能
a.用在函数末尾增加一个冗余的参数。

例如:

用在函数末尾，表示函数的最后一个参数的类型根据T1, T2的判断来决定，判断为true, 则正确定义了一个冗余的类型指针，成功模板实例化，并且由于指定了默认参数，调用者与原来的调用一致。类型判断结果为false时，类型未定义，实例化时自动忽略跳过。比std::enable_if用在函数返回值更清晰一些。

b.用在模板的参数上。

模板参数支持bool, int, 指针等类型，把std::enable_if用在模板的参数上，函数的形式与原来完全一致, 我更加偏向于使用这种方式。

最后提醒一点，前面所有例子对于类型的判别都没有做去除修饰词操作。

例如模板中的T1, T2，有时候并非推导成某个类型type, 可能是type&, 可能是const type, 也可能是const type&, 为了准确地使用std::is_same等函数判断类型，通常还需要对T1, T2做一个移除修饰词的操作。 std::decay就是专门做这个事情。

无论T1推导成int, 或者int&，或者const int, 或者const int&, std::decay<T1>::type总是表示int。

因此最终实际使用时，所有模板标签判断语句都应该加上std::decay。

最终变成:

std::is_same<typename std::decay<T1>::type, typename std::decay<T2>::type>::value,

或者std::is_same<std::decay_t<T1>, std::decay_t<T2>>::value。

c++11 type_traits 增加了很多对于类型判断的功能，例如std::is_integral std::is_class, std::is_enum等...

详情参考标准https://en.cppreference.com/w/cpp/header/type_traits

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