A Physical Units Library for the Next C++

• 语言: 英语
• 格式: .pdf
• 来源: github.com/CppCon

摘要

文档介绍了一份用于下一代C++的物理单位库，旨在提供强大的物理单位支持，包括强类型接口、单位转换、速度优化和用户体验增强。该库能够处理各种物理量的运算和转换，如速度、长度、时间等，并且兼容不同的编译环境。文档还展示了与Boost.Units等传统库的对比，以及未来的兼容性和发展方向。

AI总结

以下是文档内容的中文总结：

---

**《A Physical Units Library for the Next C++》中文总结**

本文档主要介绍了一种为下一代C++设计的物理单位库，重点围绕其动机、现有实践、挑战、设计目标与实现细节展开。

---

### **1. 动机与挑战**
- **现有问题**：传统的物理单位库（如Boost.Units）在强类型、性能和用户体验方面存在一定局限性。例如，单位与维度的转换可能导致编译错误（如加速度与速度的维度不匹配）。
- **目标**：设计一个高效、强类型、易用的物理单位库，兼容C++的新特性。

---

### **2. 设计目标与核心特性**
- **强接口**：通过强类型系统确保单位和维度的正确性，避免运行时错误。
- **高性能**：库的运行速度与`double`类型相当或更快。
- **用户体验**：支持直观的单位操作和转换，例如`1_q_h == 3600_q_s`。
- **功能扩展**：支持用户自定义单位和维度。

---

### **3. 核心实现与特性**
- **强类型系统**：通过模板和traits机制实现类型安全。例如：

  si::acceleration a = 100_q_m / 10_q_s;

在编译时会检查单位与维度是否匹配，避免错误。

- **单位操作与转换**：支持常见的数值操作、单位转换和维度转换。例如：

  static_assert(1_q_km + 1_q_m == 1001_q_m);
  static_assert(1_q_km / 1_q_s == 1000_q_m_per_s);

- **泛型代码与C++ Concepts**：结合C++20的概念（Concepts）实现泛型代码，例如：

  template
  concept Length = units::traits::is_length_unit::value;

用于定义长度、时间和速度等单位。

---

### **4. 实现与示例**
- **Boost.Units的实现**：现有的 Boost.Units 库已实现了部分功能，但存在性能和用户体验上的不足。
- **代码示例**：文档中通过多个示例展示了库的功能，包括单位转换、维度处理和泛型代码的应用。

---

### **5. 环境与兼容性**
- **兼容性**：库设计兼容多种编译器和环境。
- **未来计划**：继续优化库的功能与性能，探索与C++新特性的深度集成。

---

### **总结**
本文档提出了一种针对下一代C++的物理单位库设计，旨在通过强类型、泛型代码和高性能的实现，提升物理单位计算的安全性和用户体验。库的核心特性包括单位与维度的强类型安全、高效的运行时性能以及直观的用户接口。未来将进一步优化库的功能与兼容性。