Частичная специализация для родителя нескольких классов

Question

Я хочу использовать частичную специализацию для шаблонного класса, чтобы все дочерние элементы этого шаблонного класса использовали эту специализацию.Позвольте мне объяснить это на примере:)

template < typename T, unsigned int rows, unsigned int cols>
class BaseMatrix {...};

У этого класса будут дочерние элементы, которые определяют структуру матрицы, например, разреженную, плотную, диагональную, ..

template < typename T, unsigned int rows, unsigned int cols>
class DiagonalMatrix : public BaseMatrix<T,rows,cols>{..}

Тогдау этих классов снова будут дочерние элементы, определяющие хранилище: массивы стека, векторы, список, очереди, ..

template < typename T, unsigned int rows, unsigned int cols>
class StackDiagonalMatrix : public DiagonalMatrix<T, rows, cols> {..}

Затем существует класс Matrix, который обеспечивает все математические функции.Этот шаблонный класс реализует operator +, operator- и т. Д. *

   template <typename T, 
             template<typename, unsigned, unsigned> class MatrixContainer,
             unsigned Rows, 
             unsigned Cols>
    class matrix;

Для этого последнего класса я хочу написать специализации, подобные этой:

template <typename T,unsigned Rows, unsigned Cols>
class matrix<T, BaseMatrix, Rows, Cols> {};

template <typename T,unsigned Rows, unsigned Cols>
class matrix<T, DiagonalMatrix, Rows, Cols>  {};

Но когда я пишу StackDiagonalMatrix,наследует от DiagonalMatrix, он не находит специализацию для DiagonalMatrix - он вообще не находит специализацию.

error: aggregate ‘matrix<int, StackDenseMatrix, 3u, 2u> matrix’ has incomplete type and cannot be defined

Теперь есть решение этой проблемы?Можете ли вы написать специализацию для родителя нескольких шаблонных классов?

Большое спасибо!

Полный исходный код, который задействован:

    template <typename T, unsigned int rows, unsigned int cols>
    class BaseMatrix {
    protected:
        BaseMatrix(){};
        static const unsigned rowSize = rows;
        static const unsigned colSize = cols;
    };

    template <typename T, unsigned int rows, unsigned int cols>
    class DenseMatrix : public BaseMatrix<T, rows, cols> {
    protected:
        DenseMatrix(){};

    };

    template <typename T, unsigned int rows, unsigned int cols>
    class StackDenseMatrix : public DenseMatrix<T, rows, cols> {

    public:
        typedef T                                           value_type;

    private:
        value_type                                          grid[rows][cols];
        StackDenseMatrix();
    };

    template<typename value_type, unsigned int rows, unsigned int cols>
    StackDenseMatrix<value_type, rows,cols>::StackDenseMatrix () {
        for (unsigned int i = 0; i < this->rowSize; i++) {
            for (unsigned int j = 0; j < this->colSize; j++) {
                grid[i][j] = 0;
            }
        }
    }

    template <typename T, template<typename, unsigned, unsigned> class MatrixContainer ,unsigned Rows, unsigned Cols>
    class matrix;

    template <typename T,unsigned Rows, unsigned Cols>
    class matrix<T,BaseMatrix, Rows, Cols> {
         matrix(){};
};

int main () {
    matrix<int, StackDenseMatrix, 3, 2> matrix;
    return 0;
}

Answer 1

Наследование не распространяется на шаблонные специализации. Когда вы вызываете matrix<int,StackDenseMatrix,3,2> matrix;, он выберет общий шаблон для matrix, потому что вторым аргументом является StackDenseMatrix, а не BaseMatrix. Несмотря на то, что эти классы связаны через наследование, это не имеет никакого значения, они не одного и того же типа, поэтому компилятор не выберет специализацию matrix.

Чтобы решить вашу проблему, я не думаю, что наследование пойдет вам на пользу в этом случае. В общем программировании более подходящими инструментами являются черты типа, политики и концепции. В этом случае вы должны иметь возможность применять некоторые типовые черты для достижения аналогичных целей. Один прием, который мне нравится использовать, - это аргумент шаблона по умолчанию, который зависит от предыдущего аргумента шаблона, а затем выполнить частичную специализацию. Например, следующим образом:

enum MatrixStorage {
  DenseMatrix,
  SparseMatrix
};

enum MatrixStructure {
  GeneralMatrix,
  SquareMatrix,
  DiagonalMatrix  //, ...
};

template <typename T, unsigned Rows, unsigned Cols>
class StackDenseMatrix {
  public: 
    typedef T value_type;
    static const MatrixStorage Storage = DenseMatrix;
    static const MatrixStructure Structure = GeneralMatrix;
  //..
};

//General template with default arguments:
template <typename T, 
          template <typename, unsigned, unsigned> class MatrixContainer,
          unsigned Rows, unsigned Cols, 
          MatrixStorage Storage = MatrixContainer<T,Rows,Cols>::Storage,
          MatrixStructure Structure = MatrixContainer<T,Rows,Cols>::Structure>
class matrix;

//Specialization with given arguments:
template <typename T, 
          template <typename, unsigned, unsigned> class MatrixContainer,
          unsigned Rows, unsigned Cols>
class matrix<T,MatrixContainer,Rows,Cols,DenseMatrix,GeneralMatrix> {
  //implementation of matrix for when the container is dense and has general structure...
};

int main() {
  matrix<int,StackDenseMatrix,3,2> M; //no extra arguments, and the right specialization will be selected based on the traits of StackDenseMatrix.
  return 0;
};

У меня есть собственная матричная библиотека, которая в значительной степени опирается на шаблонное метапрограммирование и общие методы программирования в соответствии с вышеприведенным примером, чтобы обеспечить специальную реализацию матричных операций для различных типов матричных структур и хранилищ, и это очень хорошо путь. Раньше я использовал наследование для разных типов матриц, но теперь я переключился на использование только черт типов, концепций, политик и переключателей Sfinae, что является гораздо более практичным решением.

Answer 2

Чтобы решить вашу проблему, вы можете использовать основанный на политике дизайн. Например, вы можете создать классы политик Storage и Shape.

class Diagonal  {
public:
    // the default storage facility of a Diagonal matrix
    typedef Stack default_storage;
};

template <typename T, typename Shape = DefaultShape, typename Storage = DefaultStorage, unsigned Row, unsigned Col>
class Matrix : public Storage, Shape {   // policy classes Storage and Shape
public:
    template <typename T1, typename Shape1, typename Storage1, unsigned Row1, unsigned Col1>
    friend Matrix<T1,Shape1,Storage1,Row1,Col1>& operator += (Matrix<T1,Shape1,Storage1,Row1,Col1> matrix1,Matrix<T,Shape,Storage,Row,Col> matrix2);

    template <typename T1, typename Shape1, typename Storage1, unsigned Row1, unsigned Col1>
    friend Matrix<T1,Diagonal,Storage1,Row1,Col1>& operator += (Matrix<T1,Diagonal,Storage1,Row1,Col1> matrix1,Matrix<T,Diagonal,Storage,Row,Col> matrix2);

    template <typename T1, typename Shape1, typename Storage1, unsigned Row1, unsigned Col1>
    friend Matrix<T,Shape,Storage,Row,Col>& operator + (Matrix<T,Shape,Storage,Row,Col> matrix1, Matrix<T,Shape,Storage,Row,Col> matrix2);

    template <typename T1, typename Shape1, typename Storage1, unsigned Row1, unsigned Col1>
    friend Matrix<T,Diagonal,Storage,Row,Col>& operator + (Matrix<T,Diagonal,Storage,Row,Col> matrix1, Matrix<T,Diagonal,Storage,Row,Col> matrix2);

// general template function
template <typename T, typename Shape, typename Storage, unsigned Row, unsigned Col>
Matrix<T,Shape,Storage,Row,Col>& operator + (Matrix<T,Shape,Storage,Row,Col> matrix1, Matrix<T,Shape,Storage,Row,Col> matrix2) {
    Matrix<T,Shape,Storage,Row,Col>* result = new Matrix<T,Shape,Storage,Row,Col>();
    for (unsigned i = 0; i < matrix1.getRowSize(); i++) {           // getRowSize is a member function of policy class Storage
        for (unsigned j = 0; j < matrix1.getRowSize(); j++) {
            (*result)(i,j) = matrix1.getValue(i,j) + matrix2.getValue(i,j);
        }
    }
    return *result;
}

// overloaded template function
template <typename T, typename Shape, typename Storage, unsigned Row, unsigned Col>
Matrix<T,Diagonal,Storage,Row,Col>& operator + (Matrix<T,Diagonal,Storage,Row,Col> matrix1, Matrix<T,Diagonal,Storage,Row,Col> matrix2) {
    Matrix<T,Shape,Storage,Row,Col>* result = new Matrix<T,Shape,Storage,Row,Col>();
    for (unsigned i = 0; i < matrix1.getRowSize(); i++) {
        (*result)(i,i) = matrix1.getValue(i,i) + matrix2.getValue(i,i);
    }
    return *result;
}

// general template function
template <typename T, typename Shape, typename Storage, unsigned Row, unsigned Col>
Matrix<T,Shape,Storage,Row,Col>& operator += (Matrix<T,Shape,Storage,Row,Col> matrix1,Matrix<T,Shape,Storage,Row,Col> matrix2)  {
    Matrix<T,Shape,Storage,Row,Col>* result = new Matrix<T,Shape,Storage,Row,Col>(matrix1); // copy constructor
    for (unsigned i = 0; i < matrix1.getRowSize(); i++) {
        for (unsigned j = 0; j < matrix1.getRowSize(); j++) {
            (*result)(i,j) = matrix1.getValue(i,j) + matrix2.getValue(i,j);
        }
    }
    return *result;
}

// overloaded template function
template <typename T, typename Shape, typename Storage, unsigned Row, unsigned Col>
Matrix<T,Diagonal,Storage,Row,Col>& operator += (Matrix<T,Diagonal,Storage,Row,Col> matrix1,Matrix<T,Diagonal,Storage,Row,Col> matrix2) {
    Matrix<T,Shape,Storage,Row,Col>* result = new Matrix<T,Shape,Storage,Row,Col>(matrix1); // copy constructor
    for (unsigned i = 0; i < matrix1.getRowSize(); i++) {
        (*result)(i,i) = matrix1.getValue(i,i) + matrix2.getValue(i,i);
    }
    return *result;
}

Основное преимущество использования дизайна на основе политик состоит в том, что ваши пользователи могут легко предоставлять свои собственные средства хранения и операции формования. Все, что вам нужно сделать, это дать им понятный интерфейс, чтобы они знали, как они могут создавать собственные хранилища и выполнять операции формования.