std::ratio<>背后的设计原则

Question

我正在研究C++11标准中的std::ratio<>类，它允许在编译时进行有理运算。

我发现模板设计和使用类实现的操作过于复杂，并且没有找到任何理由，为什么他们不能通过实现一个非常简单的rational类并为操作符定义constexpr函数来使用更直接和直观的方法。结果将是一个更容易使用的类，并且编译时的优势将保持不变。

有人知道与使用constexpr的简单类实现相比，当前的std::ratio<>设计有什么优势吗？实际上，我找不到当前实现的任何优势。

Answer 1

当N2661被提出时，没有一个提案的作者能够访问实现constexpr的编译器。我们没有人愿意提出一些我们无法构建和测试的东西。因此，是否可以用constexpr完成更好的设计甚至不是设计考虑的一部分。该设计仅基于作者当时可用的工具。

Answer 2

constexpr解决方案解决了完全不同的问题。创建std::ratio的目的是作为使用不同单位的变量之间的桥梁，而不是作为数学工具。在这些情况下，您绝对必须希望比率成为类型的一部分。constexpr解决方案在那里不起作用。例如，如果没有运行时空间和运行时成本，就不可能实现std::duration，因为每个持续时间对象都需要在对象中携带其命名符/分母信息。

Answer 3

为运算符定义常量表达式函数

您仍然可以在现有std::ratio之上执行此操作

#include <ratio>

// Variable template so that we have a value
template< 
    std::intmax_t Num, 
    std::intmax_t Denom = 1 
>
auto ratio_ = std::ratio<Num, Denom>{};

// Repeat for all the operators
template< 
    std::intmax_t A, 
    std::intmax_t B,
    std::intmax_t C,
    std::intmax_t D
>
constexpr typename std::ratio_add<std::ratio<A, B>, std::ratio<C, D>>::type
operator+(std::ratio<A, B>, std::ratio<C, D>) {}

// Printing operator
template< 
    std::intmax_t A, 
    std::intmax_t B
>
std::ostream &operator<<(std::ostream &os, std::ratio<A, B> r) {
    return os << decltype(r)::num << "/" << decltype(r)::den;
}

#include <iostream>


int main() {
    std::cout << ratio_<1,2> + ratio_<1,3> << std::endl;
    return 0;
}

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