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c++ - 模板替换和 SFINAE 中的私有(private)成员访问

coder 2023-06-01 原文

class A { int a; };

template<typename, typename = void>
class test {};

template<typename T>
class test<T,decltype(T::a)> {};

int main() { test<A> a; }

上面的代码在 clang version 3.8.0-2ubuntu4 (tags/RELEASE_380/final) 上编译没有错误,但无法在 g++-5 (Ubuntu 5.4.1-2ubuntu1~16.04) 5.4.1 20160904 上编译和 g++-6 (Ubuntu 6.2.0-3ubuntu11~16.04) 6.2.0 20160901有这样的错误:
main.cpp: In function ‘int main()’:
main.cpp:9:22: error: ‘int A::a’ is private within this context
 int main() { test<A> a; }
                      ^
main.cpp:1:15: note: declared private here
 class A { int a; };

在这两种情况下,我都是用 -std=c++11 编译的,但对 -std=c++14 的效果是一样的和 -std=c++1z .

哪个编译器在这里是正确的?我认为,至少从 C++11 开始,在模板替换期间访问私有(private)成员应该触发 SFINAE,这意味着 clang 是正确的,而 gcc 不是。是否有一些我不知道的额外规则?

作为引用,我正在考虑当前标准草案 N4606 的 §14.8.2/8 中的注释:

If a substitution results in an invalid type or expression, type deduction fails. An invalid type or expression is one that would be ill-formed, with a diagnostic required, if written using the substituted arguments. [ Note: If no diagnostic is required, the program is still ill-formed. Access checking is done as part of the substitution process. — end note ]



两个编译器都接受使用成员函数和成员函数指针:
class A { void a() {}; };

template<typename, typename = void>
class test {};

template<typename T>
class test<T,decltype(&T::a)> {};

int main() { test<A> a; }

最佳答案

这很有趣! 我想 这是一个 g++ 编译器错误和 我想 这就是发生的事情。我已经尝试使用 g++ 4.9.3 和 clang 3.7.0 对您的代码进行了几次更改。

尽管函数与类模板实例化的规则有些不同,但我相信这些是模板实例化的一般步骤:

  • 编译器读取带有模板定义的源文件。
  • 名称查找(可能会触发 ADL):它是一个名称、
    在程序中遇到时,与声明相关联
    介绍了它。
    ( http://en.cppreference.com/w/cpp/language/lookup )
  • 模板参数规范/推导:为了
    实例化一个函数模板,每个模板参数必须是
    已知,但并非每个模板参数都必须指定。什么时候
    可能,编译器会推导出缺少的模板参数
    从函数参数。
    ( http://en.cppreference.com/w/cpp/language/template_argument_deduction )
  • 模板替换(可能触发 SFINAE):每次使用
    函数参数列表中的模板参数替换为
    相应的模板参数。替换失败(即
    未能用推导或提供的模板参数替换
    函数模板的模板参数)删除函数
    来自重载集的模板。 ( http://en.cppreference.com/w/cpp/language/function_template#Template_argument_substitution )
  • 形成重载集:在重载解析开始之前,
    通过名称查找和模板参数推导选择的函数
    组合形成候选函数集。
    ( http://en.cppreference.com/w/cpp/language/overload_resolution#Details )
  • 重载解析:一般来说,其候选函数
    参数与参数最匹配的是那个
    叫。
    ( http://en.cppreference.com/w/cpp/language/overload_resolution )
  • 模板实例化:必须确定模板参数
    以便编译器可以生成实际的函数(或类,从
    类模板)。 ( http://en.cppreference.com/w/cpp/language/function_template#Function_template_instantiation )
  • 编译器生成代码。

  • 我将保留这些要点作为以后的指南和引用。此外,我将引用步骤 1-6 中的模板评估。如果您发现以上列表中有任何错误,请随时更改或发表评论,以便我进行更改。

    在以下示例中:
    class A {};
    
    template<typename, typename = void>
    struct test
    { test(){std::cout<< "Using None" <<std::endl;} };
    
    template<typename T>
    struct test<T, decltype(T::a)>
    { test(){std::cout<< "Using T::a" <<std::endl;} };
    
    int main()
    { test<A> a; }
    

    两个编译器的输出:
    Using None
    

    这个例子在 g++ 和 clang 中都可以很好地编译,因为当编译器完成所有模板的评估过程时,它只会选择实例化第一个模板,因为它与用于在 main( 中创建对象的模板参数的最佳匹配) )。此外,当编译器无法推导出 T::a (SFINAE) 时,模板替换过程也会失败。此外,由于参数不匹配,特化不会包含在重载集中,也不会被实例化。

    我们是否应该添加第二个模板参数,如下所示:
    test<A , decltype(A::a)> a;
    

    代码不会编译,两个编译器都会提示:
    error: no member named 'a' in 'A'
    

    然而,在下面的例子中,事情开始变得奇怪:
    class A { int a; };
    
    template<typename, typename = void>
    struct test
    { test(){std::cout<< "Using None" <<std::endl;} };
    
    template<typename T>
    struct test<T, decltype(T::a)>
    { test(){std::cout<< "Using T::a" <<std::endl;} };
    
    int main()
    { test<A> a; }
    

    铛的输出:
    Using None
    

    g++ 的输出:
    error: ‘int A::a’ is private
    

    首先,我认为这将是一个很好的警告。但是为什么会出错呢?模板甚至不会被实例化。考虑到前面的示例,以及指向成员的指针是编译时已知的常量值这一事实,似乎当 clang 完成模板评估阶段时,SFINAE 发生在模板替换时,它会准确地实例化第一个模板并忽略特化。但是当g++经过替换过程,查找变量T::a时,看到它是私有(private)成员,而不是说SFINAE,提示上面的错误。我认为这就是错误所在,考虑到这个错误报告:https://gcc.gnu.org/bugzilla/show_bug.cgi?id=61806

    现在,奇怪的部分是在下一个示例中,它使用私有(private)成员函数:
    class A{ void a() {}; };
    
    template<typename, typename = void>
    struct test
    { test(){std::cout<< "Using None" <<std::endl;} };
    
    template<typename T>
    struct test<T,decltype(&T::a)>
    { test(){std::cout<< "Using A::a" <<std::endl;} };
    
    int main()
    { test<A> a; }
    

    两个编译器的输出:
    Using None
    

    如果前面的解释是对的,那为什么在使用私有(private)成员函数时g++不提示错误呢?同样,这只是基于输出的假设,但我认为这一点实际上可以正常工作。长话短说,SFINAE 开始了,特化从重载集中被丢弃,只有第一个模板被实例化。也许它比表面更重要,但如果我们明确指定第二个模板参数,两个编译器都会提示相同的错误。
    int main()
    { test<A , decltype(&A::a)> b; }
    

    两个编译器的输出:
    error: ‘void A::a()’ is private
    

    无论如何,这是我一直在使用的最终代码。为了演示输出,我公开了类(class)。作为一个有趣的事件,我添加了一个 nullptr 来直接指向成员函数。类型来自 decltype(((T*)nullptr)->f()) 作废 ,从下面的例子来看, a 和 c 都是由特化而不是第一个模板调用的。原因是因为第二个模板比第一个更专业,因此是两者的最佳匹配(一石二鸟)(模板正式排序规则:https://stackoverflow.com/a/9993549/2754510)。类型来自 声明类型(&T::f) M4GolfFvvE (可能翻译:Men 4 Golf Fear 非常恶毒的 Elk),这要归功于 boost::typeindex::type_id_with_cvr,它被分解成 无效(高尔夫::*)() .
    #include <iostream>
    #include <boost/type_index.hpp>
    
    class Golf
    {
        public:
            int v;
    
            void f()
            {};
    };
    
    
    template<typename T>
    using var_t = decltype(T::v);
    
    template<typename T>
    using func_t = decltype(&T::f);
    //using func_t = decltype(((T*)nullptr)->f()); //void
    
    
    template<typename, typename = void>
    struct test
    {
        test(){std::cout<< "Using None" <<std::endl;}
    };
    
    template<typename T>
    struct test<T,var_t<T> >
    {
        test(){std::cout<< "Using Golf::v" <<std::endl;}
    };
    
    template<typename T>
    struct test<T,func_t<T> >
    {
        test(){std::cout<< "Using Golf::f" <<std::endl;}
    };
    
    
    int main()
    {
        test<Golf> a;
        test<Golf,var_t<Golf> > b;
        test<Golf,func_t<Golf> > c;
    
        using boost::typeindex::type_id_with_cvr;
        std::cout<< typeid(func_t<Golf>).name() << " -> " << type_id_with_cvr<func_t<Golf>>().pretty_name() <<std::endl;
    }
    

    两个编译器的输出(func_t = decltype(&T::f)):
    Using None
    Using Golf::v
    Using Golf::f
    M4GolfFvvE -> void (Golf::*)()
    

    两个编译器的输出 (func_t = decltype(((T*)nullptr)->f())):
    Using Golf::f
    Using Golf::v
    Using Golf::f
    v -> void
    

    编辑:

    根据@Dr.Gut(下面的评论),这个错误在 gcc 9.2 中仍然存在。但是,我使用 std::declval 发现了一个“hack”。这使它看起来更奇怪。
    #include <utility>
    
    class A
    {
        int a;
    };
    
    template<typename, typename = void>
    class test
    {};
    
    template<typename T>
    class test<T,decltype(std::declval<A>().a)>
    {};
    
    int main()
    {
        test<A> a;
    }
    

    在线示例:https://rextester.com/BUFU29474

    代码在 g++ 和 vc++ 中编译并运行良好,但在 clang++ 中失败。

    关于c++ - 模板替换和 SFINAE 中的私有(private)成员访问,我们在Stack Overflow上找到一个类似的问题: https://stackoverflow.com/questions/39758335/

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