面试题：C++ 函数返回普通类型的类型转换 - 专家难度

Question

在C++ 模板元编程中，假设有一个模板函数`template <typename T> auto convertAndReturn(T value) { // 这里希望将T类型转换为一个合适的整数类型返回，例如如果T是浮点数，转换为int，如果T是其他非整数类型，给出合适处理 return static_cast<int>(value); // 目前这个写法是简单示意，实际需要更完善 }`。请完善这个模板函数，使其能够正确处理不同类型的`T`，并且在类型转换时考虑到不同平台下的兼容性、溢出等问题。阐述你在处理过程中如何运用C++ 的类型萃取、SFINAE等技术来实现这些功能。

Answer 1

1. 完善模板函数及处理不同类型T：
   • 对于浮点数类型，我们可以使用std::is_floating_point类型萃取来判断。如果是浮点数，进行向零截断的转换。
   • 对于整数类型，直接返回。
   • 对于其他类型，我们可以使用std::enable_if结合std::is_integral和std::is_floating_point来禁用不支持类型的函数实例化。

#include <type_traits>

template <typename T>
auto convertAndReturn(T value)
    -> typename std::enable_if<std::is_integral<T>::value || std::is_floating_point<T>::value,
                              typename std::conditional<std::is_floating_point<T>::value, int, T>::type>::type {
    if constexpr (std::is_floating_point<T>::value) {
        // 向零截断
        return static_cast<int>(value);
    } else {
        return value;
    }
}

2. 处理平台兼容性和溢出问题：

   • 平台兼容性：使用<type_traits>库中的类型萃取，这些都是标准库提供的，在不同平台上都能保证一致性。
   • 溢出问题：
     • 对于浮点数转整数，由于static_cast<int>(value)已经是向零截断，在不超出int表示范围时是安全的。为了更保险，可以在转换前检查value是否超出int范围。例如，对于float类型，可以使用std::numeric_limits<int>::min()和std::numeric_limits<int>::max()来检查。
     • 对于整数类型，因为直接返回，不存在溢出转换问题。

3. 类型萃取和SFINAE技术的运用：

   • 类型萃取：使用std::is_integral和std::is_floating_point来判断T的类型特性。这些类型萃取工具可以在编译期获取类型信息，帮助我们做出不同的处理决策。
   • SFINAE（Substitution Failure Is Not An Error）：通过std::enable_if来实现。std::enable_if的第一个参数是一个布尔常量表达式，如果为true，则std::enable_if的第二个参数类型是有效的，否则函数模板实例化失败，但这不会导致编译错误（即SFINAE原则）。在这里，只有当T是整数类型或浮点数类型时，convertAndReturn函数模板才会实例化成功，对于其他类型则不会实例化，从而避免了不支持类型的错误调用。