C++设计模式之SFINAE：用来检测类中是否有某个成员函数

针对类中特定成员函数的检测其实在工作中也可能用到。C++中可以用SFINAE技巧达到这个目的。

SFINAE是Substitution Failure Is Not An Error的缩写，直译为：匹配失败不是错误。属于C++模板编程中的高级技巧，但属于模板元编程中的基本技巧。当然我其实也并不是C++元编程方面的专家，只是搜集过一些常见的实现方式，然后做过一些测试。在这个过程中，我发现有些常见的SFINAE写法是有问题的，下面探讨一下。

举个例子，我们来check一下C++标准库的类中有没有push_back()成员函数。在C++11之前，可以这样写，经过测试是没有问题的：

#include <iostream>
#include <map>
#include <list>
#include <set>
#include <string>
#include <vector>
struct has_push_back {

    template <typename C, void (C::*)(const typename C::value_type&)>
    struct Helper;

    template <typename C, void (C::*)(typename C::value_type)>
    struct Helper2;

    template <typename C>
    static bool test(...) {
        return false;
    }
    template <typename C>
    static bool test(Helper<C, &C::push_back>*) {
        return true;
    }
    template <typename C>
    static bool test(Helper2<C, &C::push_back>*) {
        return true;
    }
};

int main() {
    std::cout << has_push_back::test<std::list<int> >(NULL) << std::endl;
    std::cout << has_push_back::test<std::map<int, int> >(NULL) << std::endl;
    std::cout << has_push_back::test<std::set<int> >(NULL) << std::endl;
    std::cout << has_push_back::test<std::string>(NULL) << std::endl;
    std::cout << has_push_back::test<std::vector<int> >(NULL) << std::endl;
    return 0;
}
复制代码

SFINAE实现方式有很多种，细节处可能不同。

两个Helper类的模板参数中。第二个参数为 push_back的函数指针类型。之所以弄了两个Helper，是因为std::string的push_back的参数为char。也就是value_type类型。而其他STL容器。则是const value_type&。所以才用了两个Helper。如果是检测其他成员函数，比如size则不需要这么麻烦只要一个Helper即可。

而test函数，对于返回true的模板函数，其参数是一个指针类型。所以实际check的时候，传入一个NULL就可以匹配到。

C++11之后：

#include <iostream>
#include <list>
#include <map>
#include <set>
#include <string>
#include <vector>

template <typename>
using void_t = void;

template <typename T, typename V = void>
struct has_push_back:std::false_type {};

template <typename T>
struct has_push_back<T, void_t<decltype(std::declval<T>().push_back(std::declval<typename T::value_type>()))>>:std::true_type {};

int main() {
    std::cout << has_push_back<std::list<int>>::value << std::endl;
    std::cout << has_push_back<std::map<int, int>>::value << std::endl;
    std::cout << has_push_back<std::set<int>>::value << std::endl;
    std::cout << has_push_back<std::string>::value << std::endl;
    std::cout << has_push_back<std::vector<int>>::value << std::endl;
    return 0;
}
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C++11简洁了许多。如果需求是要检测任意成员函数，而不限定是哪个函数的话，毫无疑问，需要借助宏了。将上面的代码改变成宏的版本，push_back作为宏的一个参数，即可。

我这里为什么用push_back()举例呢？因为网上能找到的各种SFINAE的实现版本中，很多对于push_back的检测都是有问题的。 而以上列举这两种，都能准确检测出string、vector、list中的push_back()。当然C++11之前的版本，需要你能枚举出push_back的各种参数种类才行，若待检测的成员函数重载版本比较多的时候，则可能很麻烦。所以还是C++11之后的版本简洁且通用。

下面列举一个常见但某些情况下会存在问题的SFINAE范本：

class Base {

};
class Drive:Base {
public:
    void hello() {}
};
template <typename T>
struct has_hello {
    typedef char Yes[1]; // 或     typedef int8_t Yes;
    typedef char No[2];  // 或     typedef int16_t No;

    template <typename>
    static No& has(...);

    template <typename C>
    static Yes& has(decltype(&C::hello));

    static const bool value = sizeof(has<T>(NULL)) == sizeof(Yes);
};

int main() {
    std::cout << has_hello<Base>::value << std::endl;
    std::cout << has_hello<Drive>::value << std::endl;
}
复制代码

OK，这个用来检测类中是否有hello成员函数是可以的。但是改变成push_back的版本则有问题。

#include <iostream>
#include <list>
#include <map>
#include <set>
#include <string>
#include <vector>
// 错误的示范
template <typename T>
struct has_push_back {
    typedef char Yes[1];
    typedef char No[2];

    template <typename>
    static No& has(...);

    template <typename C>
    static Yes& has(decltype(&C::push_back));

    static const bool value = sizeof(has<T>(NULL)) == sizeof(Yes);
};

int main() {
    std::cout << has_push_back<std::list<int> >::value << std::endl;
    std::cout << has_push_back<std::map<int, int> >::value << std::endl;
    std::cout << has_push_back<std::set<int> >::value << std::endl;
    std::cout << has_push_back<std::string>::value << std::endl;
    std::cout << has_push_back<std::vector<int> >::value << std::endl;
    return 0;
}
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上面这个是一个典型的有问题的案例——常见范本改变的push_back检测，对上面这几个类，只有string能判断为true。vector、list都check有误。

该版本也有很多其他变种。所谓变种主要是在has的返回值、value的判断方面做改编。也有一定问题，具体大家自己测试吧。