STL中的Concept和Boost库的Concept_Check

在Generic Programming当中，一个重要的概念就是Concept（滑稽的是，如果把这个Concept也翻译成“概念”，那就狗屁不通了。我倾向于说它是 “操作集”）。Concept就是一组操作，如果一个type具有这些操作，那么就说这个type是这个Concept的一个model。

这其中 的思想有那么一丁点像是OO当中的interface，一个class如果实现了一个interface，那么它就可以被当作这个interface来 用。同样，如果一个type是一个Concept的model，那么所有接受这个Concept的操作也就可以接受这个type。



例如， 在STL中，stable_sort这个算法必须接受RandomAccessIterator，这里RandomAccessIterator就是一个 Concept，它规定自己的model必须可以进行下标运算，那么不满足这个Concept的type就无法被编译器接受（搞笑的是我在VC71里面把 list 的iterator传给stable_sort，它居然欣然接受，要知道list的iterator应该只是一个 BidirectionalIterator 啊，比RandomAccessIterator弱多了。不过仔细看看代码，发现VC71的stable_sort接受 BidirectionalIterator就够了，不知道是好还是坏）。在gcc下面如果传递一个BidirectionalIterator给 stable_sort，会得到一堆不知所云的错误提示，让人摸不着头脑。



C++语言本身并没有对于Concept的直接支持，STL解 决这个问题的办法是用了一些traits来限制iterator的特性，以达到在编译时期检查Concept的目的。但是traits导致的编译错误提示 实在是太可怕了，我非常怀疑有哪个正常人可以从这些错误提示推测出自己错在哪里。



在boost库里面，提供了一个 ConceptCheck库，它可以帮助我们写出带有Concept检查的代码，而且没有运行时的开销，一旦用户违反Concept限制，输出的错误提示 也比较好懂。举个例子先，如果STL里面有ConceptCheck，那么它的stable_sort大约会这样：



#include



template

void stable_sort(RandomAccessIter first, RandomAccessIter last)

{

function_requires< RandomAccessIteratorConcept >();

//... bla bla bla......

}



有了这个 function_requires ，如果再传递给它list的iterator，编译器（VC71）就会报这样的错：

c:/boost_1_31_0/boost/concept_check.hpp(642): error C2676: 二进制“+=” : “std::list<_Ty>::iterator”不定义该运算符或到预定义运算符可接收的类型的转换

with

[

_Ty=int

]

当然还有很多别的，但是至少它说了一点：传入的iterator不满足某个运算。这对于用户来说，应当是一个很有用的提示。

使用Concept Check还有一个额外的好处，那就是调用一个 function_requires可远比写一些traits容易，而且代码也清晰好维护。

这个好用的 function_requires 就定义在concept_check.hpp当中：

template

inline void function_requires(mpl::identity = 0)

{

#if !defined(NDEBUG)

void (Concept::x)() = BOOST_FPTR Concept::constraints;

ignore_unused_variable_warning(x);

#endif

}



换句话说，function_requires只在Debug中起作用，那么是不是在Debug当中它就添加了overhead呢？其实也没有，仔细看看代码：

void (Concept::*x)() = BOOST_FPTR Concept::constraints;

这 一句取constraints的地址。妙就妙在它让编译器“注意到”constraints，但又没有真正调用constraints，而 constraints是一个虚函数，做实际的check。例如在RandomAccessIteratorConcept（检查iterator是否符 合RandomAccessIterator的Concept）当中，constraint是这个样子：



template

struct RandomAccessIteratorConcept

{

void constraints() {

function_requires< BidirectionalIteratorConcept >();

function_requires< ComparableConcept >();

#ifndef BOOST_NO_STD_ITERATOR_TRAITS

typedef typename std::iterator_traits::iterator_category C;

function_requires< ConvertibleConcept< C,

std::random_access_iterator_tag> >();

typedef typename std::iterator_traits::reference R;

#endif