C++模版SFIANE应用踩的一个小坑

时间：2024-10-11 07:24:50

一天一个C++大佬同事，突然截图过来一段代码：这写的啥呀，啰里吧嗦的，这个构造函数模板参数T1感觉是多余的呀

template<class T>
class TestClass
{
public:
    TestClass(){}

    //函数1
    template<class T1 = T, std::enable_if_t<std::is_same_v<int, T1>,bool> = true>
    TestClass()
    {
         //balabala
    }

    //函数2
    template<class T1 = T, std::enable_if_t<!std::is_same_v<int, T1>, bool> = true>
    TestClass()
    {
        //balabala
    }

    ……
};

int main() {
    TestClass<double> test;
}

我说，这可能是那个不懂C++的人写出来的吧，看，写成下面的形式多简洁阿~

template<class T>
class TestClass
{
public:
    TestClass(){}

    //函数3
    template<std::enable_if_t<std::is_same_v<int, T>, bool> = true>
    TestClass()
    {
    }

    //函数4
    template<std::enable_if_t<!std::is_same_v<int, T>, bool> = true>
    TestClass()
    {

    }
};

int main() {
    TestClass<double> test;
}

于是就被打脸了，直接给我整出了一堆编译错误：

给我整一脸懵逼，上面函数1和2好好的，咋改成3和4就不行了呢？ 看来，真的不能随便改别人代码。于是去网上查了查， 编译器错误 C2893 | Microsoft Learn

// C2893.cpp
//以下示例生成 C2893。
// compile with: /c /EHsc
#include<map>
using namespace std;
class MyClass {};

template<class T>
inline typename T::data_type
// try the following line instead
// inline typename  T::mapped_type
f(T const& p1, MyClass const& p2);

template<class T>
void bar(T const& p1) {
    MyClass r;
    f(p1,r);   // C2893
}

int main() {
   map<int,int> m;
   bar(m);
}

发生 C2893 的原因是，f 的模板参数 T 被推断为 std::map<int,int>，但 std::map<int,int> 没有成员 data_type（无法使用 T = std::map<int,int> 实例化 T::data_type）。

看来编译错误产生的原因是 std::enable_if_t<std::is_same_v<int, double>, bool>即 std::enable_if_t<false, bool>是未定义类型导致的。可是函数1和函数3到底有什么区别呢？ 绞尽脑汁，百思不得其解，最痛通过找不同的方式，终于悟了：这两个唯一的差别就是，T是类模板参数，T1是类构造函数模板参数。后面回顾了一下Sfiane相关的知识，终于找到问题的根本原因：

SFINAE 原理

SFINAE（Substitution Failure Is Not An Error）是 C++ 模板机制的一部分，当模板参数替换导致的模板不合法时，模板不会引发编译错误，而是会被编译器静默排除。然而，SFINAE 只适用于函数模板参数替换阶段，而不适用于非模板参数替换阶段的错误。

我们先来看一下函数3

template<std::enable_if_t<std::is_same_v<int, T>, bool> = true>
TestClass()
{
}

在这个函数模板中：

std::enable_if_t<std::is_same_v<int, T>, bool> = true 是模板参数的默认参数。编译器会在函数模板实例化时尝试解析这部分默认参数。

  • std::enable_if_t<std::is_same_v<int, T>, bool> 依赖于 T，它是类模板 TestClass<T> 的参数。在 类模板实例化时，编译器已经需要评估这个表达式来确定默认值是否有效。
  • 如果 T 不等于 int（例如 TestClass<double>），std::is_same_v<int, T> 变成 false，这时 std::enable_if_t<false, bool> 试图生成一个无效类型，这会导致编译错误，而不是被 SFINAE 排除。

SFINAE 只作用于模板参数替换期间产生的错误，而这个默认参数的实例化所依赖的类型T属于类模板参数，不属于该函数模板参数替换阶段。这意味着：

  • 编译器在遇到默认参数时需要立即评估它，而不是等到参数替换期间再进行评估。
  • 因此，如果默认参数表达式在定义时无效（比如 std::enable_if_t<false, bool>），编译器会报错，而不是通过 SFINAE 排除它。

我们再来看一下函数1

template<class T1 = T, std::enable_if_t<std::is_same_v<int, T1>, bool> = true>
TestClass(int i)
{
}

在函数1中，T1 是一个新的模板参数，并且默认值为 T。因此，SFINAE 是在模板参数 T1 替换阶段应用的：

  • 如果 T1 不满足 std::is_same_v<int, T1>，则该模板的实例化会失败，SFINAE 会将此构造函数排除在重载集合之外。

这里的关键在于：

  • T1 是函数模板的一个参数，所以 std::enable_if_t 检查是在模板参数替换阶段发生的。
  • 如果替换导致无效，则会被 SFINAE 静默排除，不会报编译错误。

这个例子中通过引入额外的模板参数（如 T1），你可以推迟 enable_if 的检查，使其在模板参数替换阶段才进行，从而避免编译错误。

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