c++ - 在派生类中专门化基类的模板化成员函数

Question

TL;DR;

编译以下代码以两个未解析的外部结束。

问题

有没有办法在基类中有一个未定义的模板化成员函数，并让该函数在派生类中部分特化，这样部分特化将仅限于定义它的派生类？

解释

如您所见serial_port和 liquid_crystal源自 stream基类。 stream类将提供一个统一的接口(interface)来将文本发送到不同的外围设备。每个派生自 stream 的类必须实现 print(char)处理与外围设备的低级通信的功能。除此之外，还有一个未定义的模板化版本的 print，它可以专门用于用户可能想要打印的任何自定义类型。

stream类具有 operator << 的模板化定义用于将数据写入流中。该接线员将调用 stream::print这将处理实际的打印。如你所见print(const char*)和 print(fill)已经定义了，因为我希望它们存在于 stream 的每个派生类中.

现在是引入错误的部分

我想与之通信的外围设备有一些基本命令(LCD:将光标移动到 x，y 坐标，串行端口:将波特率设置为 x)它们之间不可互换，这意味着 LCD 不知道如何更改波特率和串口没有可以移动到特定坐标的光标。我想通过 operator << 传递命令就像我对 fill 做的一样.每个命令都是一个新结构，包含命令所需的数据，并且会有一个特殊版本的 print处理它们中的每一个。

这在理论上可行，但在编译过程中失败，因为 print 的专用版本在派生类中定义，但 operator <<在 stream 中定义类(class)。当我将命令传递给流时，链接器会查找 print 的专门定义里面stream当然它失败了，因为那些根本不存在。

我该如何克服这个错误？我使用的是 Visual Studio 15 Preview 4，我没有更改任何编译器标志。

源代码

#include <iostream>

class stream
{
public:
    struct fill
    {
        int n;
        char ch;
    };

    stream()
    {}

    virtual ~stream()
    {}

    template <typename T>
    stream& operator << (T t)
    {
        this->print(t);
        return *this;
    }

protected:
    virtual void print(char) = 0;

    template <typename T>
    void print(T);
};

template <>
void stream::print<const char*>(const char* str)
{
    while (*str != '\0')
        this->print(*(str++));
}

template <>
void stream::print<stream::fill>(stream::fill f)
{
    while (f.n > 0)
    {
        this->print(f.ch);
        f.n--;
    }
}

class serial_port : public stream
{
public:
    struct set_baudrate
    {
        int baud;
    };

    using stream::stream;

private:
    void print(char c) override
    {
        // TODO: print to the actual serial port
        std::cout << c;
    }

    template <typename T>
    void print(T t)
    {
        stream::print<T>(t);
    }
};

template <>
void serial_port::print<serial_port::set_baudrate>(serial_port::set_baudrate)
{
    this->print("set_baudrate");
}

class liquid_crystal : public stream
{
public:
    struct move
    {
        int x;
        int y;
    };

    using stream::stream;

private:
    void print(char c) override
    {
        // TODO: print to a character LCD
        std::cout << c;
    }

    template <typename T>
    void print(T t)
    {
        stream::print<T>(t);
    }
};


template <>
void liquid_crystal::print<liquid_crystal::move>(liquid_crystal::move)
{
    this->print("move");
}

int main()
{
    liquid_crystal lcd;
    lcd << liquid_crystal::move{ 1, 2 };
    serial_port serial;
    serial << serial_port::set_baudrate{ 9600 };
}

编辑

查看 compiler output 问题更明显, 链接器正在寻找 void stream::print<liquid_crystal::move>(liquid_crystal::move)和 void stream::print<serial_port::set_baudrate>(serial_port::set_baudrate)但函数签名应该是 void liquid_crystal::print<liquid_crystal::move>(liquid_crystal::move)和 void serial_port::print<serial_port::set_baudrate>(serial_port::set_baudrate) .

Answer 1

在main , 行:

lcd << liquid_crystal::move{ 1, 2 };

调用:

stream::operator<< <liquid_crystal::move>(liquid_crystal::move)

然后调用:

stream::print<liquid_crystal::move>(liquid_crystal::move)

但是stream::print函数仅为 const char* 定义和 stream::fill类型。

liquid_crystal::print未使用函数，因为它不是 stream::print 的重写(它隐藏了 stream::print 类中的 liquid_crystal)。为了从 stream 访问它使用 this (这是 stream* ，而不是 liquid_crystal* )， stream::print必须是虚拟的。但在这种情况下，这是不可能的，因为它是一个模板函数。

一般来说，虚拟模板函数设计问题的解决方案通常并不简单。但在这种特定情况下，最简单的方法可能是复制 operator<<在每个派生类中。但是，它在 stream::operator<< 的情况下不起作用。被调用，例如:

void func(stream& s) {
    s << liquid_crystal::move{ 1, 2 };
}
int main() {
    liquid_crystal lcd;
    func(lcd);
}