c++ - 强类型使用和 typedef

Question

在我们的项目中，我们使用了很多“用法”来明确说明变量应该表示什么。它主要用于 std::string 标识符，如 PortalId 或 CakeId。现在我们目前能做的是

using PortalId = std::string;
using CakeId   = std::string;

PortalId portal_id("2");
CakeId cake_id("is a lie");

portal_id = cake_id; // OK

我们不喜欢。我们希望在编译时进行类型检查，以防止我们在保留原始对象的大部分 yum yum 方法的同时将苹果和橘子混合在一起。

所以问题是 - 这是否可以在 C++ 中完成，以便用法接近于以下内容，赋值会失败，但我们仍然可以将它与 map 和其他容器一起使用？

SAFE_TYPEDEF(std::string, PortalId);
SAFE_TYPEDEF(std::string, CakeId);

int main()
{
    PortalId portal_id("2");
    CakeId cake_id("is a lie");
    std::map<CakeId, PortalId> p_to_cake; // OK

    p_to_cake[cake_id]   = portal_id; // OK
    p_to_cake[portal_id] = cake_id;   // COMPILER ERROR

    portal_id = cake_id;        // COMPILER ERROR
    portal_id = "1.0";          // COMPILER ERROR
    portal_id = PortalId("42"); // OK
    return 0;

}

我们已经尝试过将宏与模板结合使用，但并没有完全满足我们的需求。并添加 - 我们可以使用 c++17。

编辑:我们想出的代码是

#define SAFE_TYPEDEF(Base, name) \
class name : public Base { \
public: \
    template <class... Args> \
    explicit name (Args... args) : Base(args...) {} \
    const Base& raw() const { return *this; } \
};

这很丑陋 并且不起作用。它不起作用，我的意思是编译器可以使用 portal_id = cake_id; 。

EDIT2: 添加了 explicit 关键字，我们的代码实际上可以很好地用于我们的示例。不确定这是否是正确的方法以及它是否涵盖所有不幸的情况。

Answer 1

这是一个最小的完整解决方案，可以满足您的需求。

您可以根据需要添加更多运算符等以使该类更有用。

#include <iostream>
#include <string>
#include <map>

// define some tags to create uniqueness 
struct portal_tag {};
struct cake_tag {};

// a string-like identifier that is typed on a tag type   
template<class Tag>
struct string_id
{
    // needs to be default-constuctable because of use in map[] below
    string_id(std::string s) : _value(std::move(s)) {}
    string_id() : _value() {}

    // provide access to the underlying string value        
    const std::string& value() const { return _value; }
private:
    std::string _value;

    // will only compare against same type of id.
    friend bool operator < (const string_id& l, const string_id& r) {
        return l._value < r._value;
    }
};


// create some type aliases for ease of use    
using PortalId = string_id<portal_tag>;
using CakeId = string_id<cake_tag>;

using namespace std;

// confirm that requirements are met
auto main() -> int
{
    PortalId portal_id("2");
    CakeId cake_id("is a lie");
    std::map<CakeId, PortalId> p_to_cake; // OK

    p_to_cake[cake_id]   = portal_id; // OK
//    p_to_cake[portal_id] = cake_id;   // COMPILER ERROR

//    portal_id = cake_id;        // COMPILER ERROR
//    portal_id = "1.0";          // COMPILER ERROR
    portal_id = PortalId("42"); // OK
    return 0;
}

这是一个更新版本，它还可以处理 HashMap 、流式传输到 ostream 等。

您会注意到我没有提供转换为 string 的运算符。这是故意的。我要求此类的用户通过提供 to_string 的重载来明确表达将其用作字符串的意图。

#include <iostream>
#include <string>
#include <map>
#include <unordered_map>

// define some tags to create uniqueness
struct portal_tag {};
struct cake_tag {};

// a string-like identifier that is typed on a tag type
template<class Tag>
struct string_id
{
    using tag_type = Tag;

    // needs to be default-constuctable because of use in map[] below
    string_id(std::string s) : _value(std::move(s)) {}
    string_id() : _value() {}

    // provide access to the underlying string value
    const std::string& value() const { return _value; }
private:
    std::string _value;

    // will only compare against same type of id.
    friend bool operator < (const string_id& l, const string_id& r) {
        return l._value < r._value;
    }

    friend bool operator == (const string_id& l, const string_id& r) {
        return l._value == r._value;
    }

    // and let's go ahead and provide expected free functions
    friend
    auto to_string(const string_id& r)
    -> const std::string&
    {
        return r._value;
    }

    friend
    auto operator << (std::ostream& os, const string_id& sid)
    -> std::ostream&
    {
        return os << sid.value();
    }

    friend
    std::size_t hash_code(const string_id& sid)
    {
        std::size_t seed = typeid(tag_type).hash_code();
        seed ^= std::hash<std::string>()(sid._value);
        return seed;
    }

};

// let's make it hashable

namespace std {
    template<class Tag>
    struct hash<string_id<Tag>>
    {
        using argument_type = string_id<Tag>;
        using result_type = std::size_t;

        result_type operator()(const argument_type& arg) const {
            return hash_code(arg);
        }
    };
}


// create some type aliases for ease of use
using PortalId = string_id<portal_tag>;
using CakeId = string_id<cake_tag>;

using namespace std;

// confirm that requirements are met
auto main() -> int
{
    PortalId portal_id("2");
    CakeId cake_id("is a lie");
    std::map<CakeId, PortalId> p_to_cake; // OK

    p_to_cake[cake_id]   = portal_id; // OK
    //    p_to_cake[portal_id] = cake_id;   // COMPILER ERROR

    //    portal_id = cake_id;        // COMPILER ERROR
    //    portal_id = "1.0";          // COMPILER ERROR
    portal_id = PortalId("42"); // OK

    // extra checks

    std::unordered_map<CakeId, PortalId> hashed_ptocake;
    hashed_ptocake.emplace(CakeId("foo"), PortalId("bar"));
    hashed_ptocake.emplace(CakeId("baz"), PortalId("bar2"));

    for(const auto& entry : hashed_ptocake) {
        cout << entry.first << " = " << entry.second << '\n';

        // exercise string conversion
        auto s = to_string(entry.first) + " maps to " + to_string(entry.second);
        cout << s << '\n';
    }

    // if I really want to copy the values of dissimilar types I can express it:

    const CakeId cake1("a cake ident");
    auto convert = PortalId(to_string(cake1));

    cout << "this portal is called '" << convert << "', just like the cake called '" << cake1 << "'\n";


    return 0;
}