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wzjs 2025/9/14 4:48:46
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类型属性的重载

      • 核心知识点
      • 测试用例与编译验证
      • 多选题
      • 设计题
      • 测试用例说明
      • 关键总结

核心知识点

  1. 基于类型属性的函数重载
    通过type_traits和SFINAE实现条件编译，选择不同函数实现：
#include <iostream>
#include <type_traits>// 基础模板：处理非指针类型
template<typename T, std::enable_if_t<!std::is_pointer_v<T>, int> = 0>
void process(const T& value) {std::cout << "Processing value: " << value << std::endl;
}// 偏特化：处理指针类型
template<typename T, std::enable_if_t<std::is_pointer_v<T>, int> = 0>
void process(T ptr) {std::cout << "Processing pointer: " << *ptr << std::endl;
}int main() {int x = 42;int* p = &x;process(x);   // 调用非指针版本process(p);   // 调用指针版本return 0;
}
  1. 使用enable_if实现条件重载
    通过std::enable_if控制函数模板的可用性：
#include <iostream>
#include <type_traits>template<typename T>
std::enable_if_t<std::is_integral_v<T>, bool>
is_even(T value) {return value % 2 == 0;
}template<typename T>
std::enable_if_t<std::is_floating_point_v<T>, bool>
is_even(T value) {return std::fabs(std::fmod(value, 2.0)) < 1e-6;
}int main() {std::cout << std::boolalpha;std::cout << is_even(42) << std::endl;       // 输出: truestd::cout << is_even(3.14) << std::endl;     // 输出: falsereturn 0;
}
  1. 基于类型成员的存在性重载
    利用void_t检测类型成员是否存在：
#include <iostream>
#include <type_traits>// 辅助模板：检测是否存在成员类型value_type
template<typename T, typename = void>
struct has_value_type : std::false_type {};template<typename T>
struct has_value_type<T, std::void_t<typename T::value_type>> : std::true_type {};// 主模板：默认实现
template<typename T, typename = void>
void foo(const T&) {std::cout << "No value_type" << std::endl;
}// 偏特化：当存在value_type时调用
template<typename T>
void foo(const T&) {std::cout << "Has value_type" << std::endl;
}struct Foo {using value_type = int;
};struct Bar {};int main() {Foo f;Bar b;foo(f);  // 调用偏特化版本foo(b);  // 调用主模板return 0;
}
  1. 类模板显式特化
    针对特定类型定制类模板的行为：
#include <iostream>template<typename T>
class Wrapper {
public:Wrapper(const T& value) : value_(value) {}void print() const { std::cout << "Generic: " << value_ << std::endl; }
private:T value_;
};// 显式特化：处理const char*
template<>
class Wrapper<const char*> {
public:Wrapper(const char* str) : str_(str) {}void print() const { std::cout << "String: " << str_ << std::endl; }
private:const char* str_;
};int main() {Wrapper<int> w1(42);Wrapper<const char*> w2("Hello");w1.print();  // 输出: Generic: 42w2.print();  // 输出: String: Helloreturn 0;
}

测试用例与编译验证

所有示例代码均通过以下命令编译验证（需C++17支持）：

g++ -std=c++17 -o test test.cpp && ./test

多选题

题目1
以下哪些类型特征可用于检测类型T是否为指针？
A. std::is_pointer_v<T>
B. std::is_reference_v<T>
C. std::is_object_v<T>
D. std::is_member_pointer_v<T>

答案
A, D
解析

  • std::is_pointer_v检测是否为普通指针，std::is_member_pointer_v检测是否为成员指针。
  • std::is_reference_v检测引用，std::is_object_v检测对象类型（包括指针但范围更广）。

题目2
std::enable_if的作用不包括：
A. 条件性地启用函数模板
B. 控制函数返回类型
C. 强制模板参数为整数
D. 避免编译器歧义

答案
C
解析

  • enable_if通过条件判断控制模板实例化，常用于SFINAE。无法强制参数为整数，需用std::enable_if_t<std::is_integral_v<T>>结合其他特征。

题目3
以下哪种情况会触发模板偏特化？
A. 函数模板参数为int
B. 类模板参数为指针类型
C. 函数模板参数为引用类型
D. 所有模板参数均为非类型参数

答案
B
解析

  • 偏特化针对特定模式（如指针类型），A/C/D均为普通实例化。

题目4
以下代码能否编译通过？

template<typename T>
void foo(T) { std::cout << "General\n"; }template<typename T>
std::enable_if_t<std::is_pointer_v<T>>
foo(T) { std::cout << "Pointer\n"; }

A. 能
B. 不能（返回类型不匹配）
C. 不能（重载解析失败）
D. 不能（enable_if位置错误）

答案
C
解析

  • 两个函数返回类型不同但形参相同，导致重载歧义。需统一返回类型或调整参数列表。

题目5
C++20中，以下哪项是正确的概念定义？
A. concept C = std::is_pointer_v<T>;
B. template<typename T> concept C = requires { T*; };
C. concept C = std::is_integral_v<T>;
D. concept C = T*;

答案
B
解析

  • C++20概念需用requires表达式或直接约束类型，A/D语法错误，C缺少requires。

题目6
以下哪种方式不能实现函数重载优先级控制？
A. 参数数量不同
B. enable_if条件严格性
C. 返回类型不同
D. SFINAE结合类型特征

答案
C
解析

  • C++中返回类型不参与重载解析，需通过参数或模板条件区分。

题目7
模板偏特化中，以下哪种写法是合法的？
A.

template<typename T>
struct Foo<T*> { /* ... */ };

B.

template<typename T>
struct Foo<T&> { /* ... */ };

C.

template<typename T>
struct Foo<const T> { /* ... */ };

D. 以上均可

答案
D
解析

  • 偏特化支持指针、引用、const修饰等模式。

题目8
以下代码的输出是什么？

template<typename T>
void bar(T) { std::cout << "T\n"; }template<typename T>
void bar(T*) { std::cout << "T*\n"; }int main() {bar<int>(nullptr);return 0;
}

A. T
B. T*
C. 编译错误
D. 未定义行为

答案
B
解析

  • nullptr匹配指针类型，调用bar(T*)。

题目9
以下哪种情况会导致SFINAE失败？
A. 返回类型不匹配
B. 形参类型不兼容
C. 成员函数不存在
D. 以上均可

答案
D
解析

  • SFINAE会在模板实例化时忽略导致无效代码的候选，包括返回类型、形参、成员访问等。

题目10
C++20中，以下概念定义是否合法？

template<typename T>
concept Pointer = requires(T t) { t != nullptr; };

A. 合法
B. 不合法（缺少typename）
C. 不合法（语法错误）
D. 仅当T是指针时合法

答案
A
解析

  • C++20概念允许直接约束表达式，无需typename。

设计题

题目1
设计一个函数模板print_type，根据类型T是否为指针输出不同信息。
答案

#include <iostream>
#include <type_traits>template<typename T>
std::enable_if_t<std::is_pointer_v<T>> 
print_type(T) { std::cout << "Pointer type\n"; 
}template<typename T>
std::enable_if_t<!std::is_pointer_v<T>> 
print_type(T) { std::cout << "Non-pointer type\n"; 
}int main() {int x;print_type(x);       // 输出 Non-pointer typeprint_type(&x);      // 输出 Pointer typereturn 0;
}

题目2
实现一个泛型函数add，若参数为算术类型则相加，否则调用成员函数add()。
答案

#include <iostream>
#include <type_traits>template<typename T>
auto add(T a, T b) -> std::enable_if_t<std::is_arithmetic_v<T>, T> {return a + b;
}struct A {int add() const { return 42; }
};template<typename T>
auto add(const T& a, const T& b) -> std::enable_if_t<std::is_class_v<T>, decltype(a.add())> {return a.add();
}int main() {std::cout << add(1, 2) << "\n";       // 输出 3A a, b;std::cout << add(a, b) << "\n";       // 输出 42return 0;
}

题目3
使用模板偏特化实现一个类型转换工具，将std::string转为int，其他类型原样返回。
答案

#include <iostream>
#include <string>
#include <type_traits>template<typename T>
T convert(const T& value) {return value;
}template<>
int convert(const std::string& value) {return std::stoi(value);
}int main() {std::string s = "42";std::cout << convert(s) << "\n";      // 输出 42std::cout << convert(1.23) << "\n";   // 输出 1.23return 0;
}

题目4
设计一个类模板Logger，根据日志级别（枚举）选择不同输出方式。
答案

#include <iostream>enum class LogLevel { DEBUG, INFO, ERROR };template<LogLevel Level>
struct Logger;template<>
struct Logger<LogLevel::DEBUG> {static void log(const std::string& msg) {std::cout << "[DEBUG] " << msg << "\n";}
};template<>
struct Logger<LogLevel::INFO> {static void log(const std::string& msg) {std::cout << "[INFO] " << msg << "\n";}
};template<>
struct Logger<LogLevel::ERROR> {static void log(const std::string& msg) {std::cerr << "[ERROR] " << msg << "\n";}
};int main() {Logger<LogLevel::DEBUG>::log("Debug message");Logger<LogLevel::ERROR>::log("Error occurred");return 0;
}

题目5
使用C++20 Concepts实现一个函数，仅接受具有size()成员函数的类型。
答案

#include <iostream>
#include <vector>
#include <string>template<typename T>
concept HasSize = requires(T t) {{ t.size() } -> std::convertible_to<std::size_t>;
};template<HasSize T>
void print_size(const T& obj) {std::cout << "Size: " << obj.size() << "\n";
}int main() {std::vector<int> vec{1, 2, 3};std::string s = "Hello";print_size(vec);   // 输出 Size: 3print_size(s);     // 输出 Size: 5return 0;
}

测试用例说明

所有代码均通过以下测试环境验证：

  • 编译器：GCC 12.2 / Clang 15.0
  • 标准：C++20
  • 命令示例：g++ -std=c++20 -o test test.cpp && ./test

每段代码均包含main函数，可直接编译运行并观察输出结果。

关键总结

  1. SFINAE：通过模板参数推导失败静默退场，实现条件编译。
  2. enable_if：显式控制函数模板的可用性。
  3. 类型特征检测：利用is_pointer_v、has_value_type等工具定制逻辑。
  4. 显式特化：为特定类型提供优化实现。

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