C++模板Expression类derivative方法如何根据op模板参数指定返回类型

首先修正两处会阻塞编译的前置笔误：

• 运算符重载逻辑写反：当前operator+返回Multiply类型表达式、operator*返回Add类型表达式，和语义完全不符，需要先调整
• Variable<T>::derivative中调用了未定义的constant(1)，需要改为Constant<T>(1)

方法1：C++17及以上版本（最简实现） #

因为Expression的op是编译期确定的模板参数，用if constexpr替换运行时switch，即可让编译器自动推导符合规则的返回类型：

// 在Expression类内实现derivative方法
auto derivative() const {
    if constexpr (op == Add) {
        // 加法求导法则：f’+g’，对应你给出的第一类返回类型规则
        return l_.derivative() + r_.derivative();
    } else if constexpr (op == Multiply) {
        // 乘法求导法则：f’g + fg’，对应你给出的第二类返回类型规则
        return l_.derivative() * r_ + l_ * r_.derivative();
    }
}

该实现无需手动指定返回类型，编译器会按照运算逻辑自动生成完全匹配规则的返回类型。

方法2：C++14兼容实现 #

如果需要兼容C++14，没有if constexpr语法，可以通过类型萃取提前推导返回类型：
首先定义返回类型萃取工具：

#include <type_traits>

template<typename L, typename R, OP_enum op>
struct DerivativeReturnType {
    using LDeriv = decltype(std::declval<const L>().derivative());
    using RDeriv = decltype(std::declval<const R>().derivative());
    // 加法求导返回类型
    using AddResult = Expression<LDeriv, RDeriv, Add>;
    // 乘法求导返回类型
    using MultiplyResult = Expression<
        Expression<LDeriv, R, Multiply>,
        Expression<L, RDeriv, Multiply>,
        Add
    >;
    using type = typename std::conditional<op == Add, AddResult, MultiplyResult>::type;
};

然后在Expression类内实现derivative方法：

typename DerivativeReturnType<L, R, op>::type derivative() const {
    if (op == Add) {
        return l_.derivative() + r_.derivative();
    } else {
        return l_.derivative() * r_ + l_ * r_.derivative();
    }
}

因为op是编译期常量，编译器会自动消除无效分支，不会出现类型不匹配的问题。

修正后的运算符重载代码 #

template<typename L, typename R>
Expression<L, R, Add> operator+(const L & l, const R & r) {
    return Expression<L, R, Add>(l, r);
}

template<typename L, typename R>
Expression<L, R, Multiply> operator*(const L & l, const R & r) {
    return Expression<L, R, Multiply>(l, r);
}

内容的提问来源于stack exchange，提问作者user14999310