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Adrian McCarthy
Asked: 2024-08-30 03:17:38 +0800 CST

从标准库中选择均匀分布类型

  • 772

tl;dr：给定一个数字类型 T，是否有一种简洁的方法将变量声明为std::uniform_int_distribution<T>或std::uniform_real_distribution<T>取决于 T 是整数还是浮点数？

我需要生成std::chrono::duration在调用者定义的范围内均匀分布的随机数，因此我创建了一个uniform_duration_distribution以标准库的分布类模板为模型的类模板。

首先，我写了一个概念来将我的分布限制在一个时间持续时间内（或适当相似的类型）。

// Is T similar enough to std::chrono::duration for our purposes?
template <typename T>
concept chrono_duration = requires (T d) {
    { d.count() } -> std::same_as<typename T::rep>;
    { d.zero()  } -> std::same_as<T>;
    { d.max()   } -> std::same_as<T>;
};

持续时间有一个称为计数的数字表示。我的类包含标准库中的数字均匀分布，使用它来生成计数，并根据该计数构造持续时间。

template<chrono_duration DurationT>
class uniform_duration_distribution {
  // ...
  private:
    using rep = typename DurationT::rep;
    std::uniform_distribution<rep> m_distribution;  // Whoops!
};

问题就在这里。持续时间计数的类型可以是整数类型，也可以是浮点类型，因此的类型m_distribution并不像 这么简单，std::uniform_distribution<T>因为没有这样的模板。

我不想对我的类进行多次特化，也不想将调用者限制在持续时间的一个特定实例上。我只想根据持续时间的表示类型选择包含分布的类型。

我的第一次尝试是使用受概念限制的类型别名模板。

template <std::integral IntT>
using dist_selector = std::uniform_int_distribution<IntT>;

template <std::floating_point FloatT>
using dist_selector = std::uniform_real_distribution<FloatT>;

这似乎不允许。我可以（显然）用一个概念来约束单个使用别名模板，但我不能使用概念在不同的别名之间进行选择。至少，我试过不行。有办法吗？

我还了解到我无法使用别名模板进行专门化。

最后我制作了一个针对数字类型的专门结构模板。

// Select the appropriate distribution type based on the value type.
template <typename T> struct dist_selector {};
template <> struct dist_selector<long double>        { using t = std::uniform_real_distribution<long double>; };
template <> struct dist_selector<double>             { using t = std::uniform_real_distribution<double>; };
template <> struct dist_selector<float>              { using t = std::uniform_real_distribution<float>; };
template <> struct dist_selector<long long>          { using t = std::uniform_int_distribution<long long>; };
template <> struct dist_selector<long>               { using t = std::uniform_int_distribution<long>; };
template <> struct dist_selector<int>                { using t = std::uniform_int_distribution<int>; };
template <> struct dist_selector<short>              { using t = std::uniform_int_distribution<short>; };
template <> struct dist_selector<unsigned long long> { using t = std::uniform_int_distribution<unsigned long long>; };
template <> struct dist_selector<unsigned long>      { using t = std::uniform_int_distribution<unsigned long>; };
// ...

那么成员变量定义为：

using rep = typename DurationT::rep;
using dist_type = typename dist_selector<rep>::t;
dist_type m_distribution;

这可行，但感觉像回到了旧方法。我是否错过了一种更现代的方法来实现这一点？

c++

2 个回答

  1. 我将从类型特征/概念开始，将模板参数约束为某种std::chrono::duration类型：

    template<class>
struct is_duration : std::false_type {};

template<class Rep, class Period>
struct is_duration<std::chrono::duration<Rep, Period>> : std::true_type {};

template<class T>
concept chrono_duration = is_duration<T>::value;

    然后分布选择器可能看起来像这样，其中一个实例T必须与受约束的函数之一匹配test：

    template<class T>
struct distribution_selector {
    template<class I>
        requires std::integral<I>
    static auto test(I) -> std::uniform_int_distribution<I>;

    template<class F>
        requires std::floating_point <F>
    static auto test(F) -> std::uniform_real_distribution<F>;

    using type = decltype(test(std::declval<T>()));
};

template<class T>
using distribution_selector_t = distribution_selector<T>::type;

    综合起来：

    template<chrono_duration DurationT>
class uniform_duration_distribution {
public:
    using rep = DurationT::rep;

    distribution_selector_t<rep> m_distribution;
};

    演示

    • 2
  2. Best Answer

    您可以使用类模板通过概念进行专业化，然后为方便起见添加别名模板：

    #include <random>
#include <concepts>
#include <type_traits>

template <typename T> struct dist_selector;

template <typename T> requires std::integral<T>
struct dist_selector<T> {
     using type = std::uniform_int_distribution<T>; 
};

template <typename T> requires std::floating_point<T>
struct dist_selector<T> { 
    using type = std::uniform_real_distribution<T>; 
};

template <typename T>
using dist_selector_t = dist_selector<T>::type;


int main () {
    static_assert(std::is_same_v<std::uniform_int_distribution<int>,dist_selector_t<int>>);
    static_assert(std::is_same_v<std::uniform_real_distribution<float>,dist_selector_t<float>>);
}

    现场演示

    或者你也可以使用std::conditional：

    template <typename T>
using dis_sel = std::conditional_t<std::is_floating_point_v<T>,
                            std::type_identity<std::uniform_real_distribution<T>>,
                            std::type_identity<std::uniform_int_distribution<T>>>::type;

    现场演示

    注意如何std::type_identity避免询问::type不存在的成员别名（例如，std::type_identity<std::uniform_int_distribution<double>>是“ok”类型，它只是没有type成员别名）。

    • 1

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