正确的模板习语直觉

问题描述

我正在尝试更深入地理解 C++ 模板元编程。我不明白的是模板的真正含义。具体来说，对于具有静态成员的模板化类来说，习语是什么。以下面的例子：

template <class T>
class Matrix {
  private:
    
  public:
    static constexpr Matrix<T> Identity(int,int);
    static constexpr Matrix<T> Zero(int,int);
    static constexpr Matrix<T> Null = Matrix();

    typdef value_type;

    Matrix();
    Matrix(int,int);
}

Matrix 的静态成员函数显然构造了典型的矩阵。我的想法是，思考文本（习语）Matrix<T>::Identity 的方式应该是类的身份矩阵 value_type = T。

TL;DR

重申一下，我相信上面的模板会生成一个 set 类，其中包含各自“类型”的静态成员 Matrix<T>::Identity。这与某些 Matrix::Identity<T>() 的其他直观语义相比，后者是所有矩阵的 T 类型的标识。哪个是正确的？

解决方法

没有任何其他条件，Matrix<T>::identity 和 Matrix::identity<T> 没有什么不同。它只是看起来像 someFunction<T>。所以没有任何成语。

但另一方面，很多实际问题会让你选择更好的。

1. Matrix::identity<T> 是什么？如果 Matrix<T> 表示元素类型为 T 的矩阵类，那么 Matrix 本身是什么？它是一个类模板，所以它不能有任何没有实例化的成员。在这种情况下，您应该定义一个单独的类（例如，名为 MatrixUtility），并使用 MatrixUtility::identity<T>。听起来很吵吧？

2. 但是，Matrix::identity（或MatrixUtility::identity）呢？通常可以在上下文中推导出类型 T。例如：

Matrix<int> a = MatrixUtility::identity(3,3); // T=int is required in this context.
auto lambda = [](Matrix<double>){};
lambda(MatrixUtility::identity(2,2)); // T=double is required in this context.

所以有一个棘手的方法来实现它，通过 operator T() 的自动推导：

struct Helper{
    template<typename T>
    operator Matrix<T>(){
        // construct and return
    };
    int w,h;
};

struct MatrixUtility{
    Helper identity(int w,int h){
        return Helper{ w,h };
    }
};

在这种情况下，MatrixUtility 实际上是必要的。

3. 尽管如此，您还需要 MatrixUtility::identity<T>，因为有时需要单态：

template<typename T>
void foo(Matrix<T>);

auto a = MatrixUtility::identity(3,3); // unexpected,a has type of Helper.
auto b = MatrixUtility::identity<int>(3,3); // ok.
foo(MatrixUtility::identity(3,3)); // ill-formed,T is not deducible.
foo(MatrixUtility::identity<int>(3,3)); // well-formed.

最后，您选择的实现应该取决于您真正需要的东西。你需要一个多态性，然后选择MatrixUtility::identity；您需要最简化，然后选择Matrix<T>::identity；而不是遵守固定的习惯用法。