C++17中如何实现模板基类控制台打印兼容无<<运算符类型

我有如下基础模板类：

template<typename Type>
struct InputBase {
    virtual void DisplaySingleResult(Type const& res) const {
        std::cout << res << std::endl;
    }
};

下方派生类代码无法通过编译，原因是vector未重载<<运算符：

struct Input : InputBase<std::vector<std::vector<int>>> {
    void DisplaySingleResult(std::vector<std::vector<int>> const& results) const override {
        for (std::vector<int> const& result : results) {
            std::cout << "[" << result[0] << "," << result[1] << "]";
        }
        std::cout << std::endl;
    }
};

编译阶段，InputBase::DisplaySingleResult方法会因模板参数为vector类型编译失败。
一种临时规避方案是将基类的虚方法InputBase::DisplaySingleResult改为纯虚函数，但该方案需要所有派生类重写该方法，重复实现已有基础类型的输出逻辑。
需求为：基类中保留签名完全一致的DisplaySingleResult默认实现，无需为支持<<运算符的类型重写方法，同时适配不支持<<运算符的自定义类型派生类，基于C++17标准实现。
初步思路：在InputBase::DisplaySingleResult方法中，先检测模板类型Type是否实现了<<运算符，再执行对应输出逻辑。

C++17标准下可以通过SFINAE类型检测+if constexpr编译期分支实现，核心逻辑是编译期自动判断类型是否支持流输出，条件不成立的分支不会被实例化，从根源避免编译错误。

第一步：实现流输出能力检测Trait #

先写编译期检测工具，判断给定类型是否支持通过<<运算符输出到std::ostream：

#include <iostream>
#include <type_traits>
#include <vector>
#include <string>

// 检测类型T是否支持operator<<输出到std::ostream
template<typename T, typename = void>
struct is_ostream_printable : std::false_type {};

template<typename T>
struct is_ostream_printable<T, 
    std::void_t<decltype(std::declval<std::ostream&>() << std::declval<const T&>())>> 
    : std::true_type {};

template<typename T>
constexpr bool is_ostream_printable_v = is_ostream_printable<T>::value;

第二步：修改基类默认实现 #

将基类的DisplaySingleResult方法改为编译期分支逻辑，支持流输出的类型走原有默认输出，不支持的分支不实例化流输出代码：

template<typename Type>
struct InputBase {
    virtual void DisplaySingleResult(Type const& res) const {
        if constexpr (is_ostream_printable_v<Type>) {
            // 支持<<的类型直接走默认输出逻辑
            std::cout << res << std::endl;
        } else {
            // 未重写方法的非打印类型走到这里时，抛出清晰的编译错误
            static_assert(is_ostream_printable_v<Type>,
                "当前类型未重载<<运算符，也未重写DisplaySingleResult方法，请实现对应输出逻辑");
        }
    }
};

方案效果 #

• 对于int、std::string等原生支持<<的类型，派生类无需重写任何方法，直接使用基类默认实现即可
• 对于std::vector等不支持默认<<的类型，只要派生类重写DisplaySingleResult实现自定义输出逻辑，基类中无效的流输出代码不会被实例化，不会触发编译错误
• 若派生类没有重写方法、且类型不支持<<，会触发清晰的编译期报错，提示开发者实现对应逻辑

测试用例如下，可直接编译运行：

// 无需重写方法，直接使用基类默认实现
struct IntInput : InputBase<int> {};
struct StringInput : InputBase<std::string> {};

// 自定义vector<vector<int>>的输出逻辑，和原有写法完全一致
struct VecInput : InputBase<std::vector<std::vector<int>>> {
    void DisplaySingleResult(std::vector<std::vector<int>> const& results) const override {
        for (std::vector<int> const& result : results) {
            std::cout << "[" << result[0] << "," << result[1] << "]";
        }
        std::cout << std::endl;
    }
};

int main() {
    IntInput{}.DisplaySingleResult(42);          // 输出：42
    StringInput{}.DisplaySingleResult("test");   // 输出：test
    std::vector<std::vector<int>> data = {{1,2}, {3,4}};
    VecInput{}.DisplaySingleResult(data);        // 输出：[1,2][3,4]
    return 0;
}

可选优化 #

如果需要给容器类提供通用默认输出，可以在else分支增加可迭代类型检测，自动遍历容器元素输出，进一步减少派生类重写的工作量。

内容的提问来源于stack exchange，提问作者Brainless