C++实现Optional类型时如何在模板参数支持特定运算符时启用对应函数

核心逻辑基于C的SFINAE（替换失败不是错误）机制实现编译期运算符合法性校验，同时可以很方便地复用到所有C标准运算符上。

步骤1：实现通用的运算符检测元函数 #

先实现一套可复用的检测工具，不需要为每个运算符单独写判断逻辑：

#include <type_traits>

// C++11 可自行实现 void_t，C++17及以上可直接用 std::void_t
template <typename...>
using void_t = void;

// 通用检测器：判断指定操作是否支持
template <typename Void, template <typename...> typename Op, typename... Args>
struct is_op_valid : std::false_type {};

template <template <typename...> typename Op, typename... Args>
struct is_op_valid<void_t<Op<Args...>>, Op, Args...> : std::true_type {};

template <template <typename...> typename Op, typename... Args>
constexpr bool is_op_valid_v = is_op_valid<void, Op, Args...>::value;

// 针对operator+的操作定义，后续其他运算符只要新增对应定义即可
template <typename T, typename U>
using plus_op_t = decltype(std::declval<T>() + std::declval<U>());

步骤2：填充/* some magic */位置的校验逻辑 #

方案A：兼容你原有模板定义的写法 #

校验逻辑需要满足两个条件：

1. 包装类型T和入参Other支持operator+运算
2. 运算结果可以转换为你指定的返回类型R

template <typename R, typename Other, typename std::enable_if<
    is_op_valid_v<plus_op_t, T, Other> 
    && std::is_convertible_v<plus_op_t<T, Other>, R>
>::type* = nullptr>
Optional<R> operator+(Other other)
{
    if (stdOptional)
        return Optional<R>(stdOptional.value() + other);
    return nullopt_t{};
}

方案B：更易用的优化写法（自动推导返回值，无需手动指定R） #

不用把R作为模板参数传入，自动根据运算结果推导返回的Optional包装类型：

// 删除原来的声明模板，直接用以下实现
template <typename Other, typename std::enable_if<
    is_op_valid_v<plus_op_t, T, Other>
>::type* = nullptr>
auto operator+(Other other) -> Optional<std::decay_t<plus_op_t<T, Other>>>
{
    if (stdOptional)
        return stdOptional.value() + other;
    return nullopt_t{};
}

使用时无需手动指定返回类型，直接用auto接收即可：

Optional<int> intOp{1};
auto result = intOp + 1; // 自动推导为Optional<int>类型

步骤3：复用到其他运算符 #

只需要新增对应运算符的操作定义即可，不需要修改通用检测逻辑：

// 检测operator-
template <typename T, typename U>
using minus_op_t = decltype(std::declval<T>() - std::declval<U>());
// 检测operator*
template <typename T, typename U>
using multiply_op_t = decltype(std::declval<T>() * std::declval<U>());
// 检测operator==
template <typename T, typename U>
using equal_op_t = decltype(std::declval<T>() == std::declval<U>());
// 其他运算符以此类推

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