“替换失败不是错误” (Substitution Failure Is Not An Error)
在函数模板的重载决议中应用此规则:当将模板形参替换为显式指定的类型或推导的类型失败时,从重载集中丢弃这个特化,而非导致编译失败。
此特性被用于模板元编程。
解释
对函数模板形参进行两次替换(由模板实参所替代):
- 显式指定的模板实参在模板实参推导之前替换
- 推导的实参和从默认项获得的实参在模板实参推导之后替换
替换发生于
- 函数类型中使用的所有类型(包含返回类型和所有形参的类型)
- 各个模板形参声明中使用的所有类型
- 函数类型中使用的所有表达式 - 各个模板形参声明中使用的所有表达式 | (C++11 起) |
- explicit 说明符中使用的所有表达式 | (C++20 起) |
当任何替换使用所替换的实参写出而造成以上类型或表达式非良构(并带有必要的诊断)时,它是一次替换失败。
唯有函数类型或其模板形参类型或其 explicit 说明符 (C++20 起)的立即语境中的类型与表达式中的失败是 SFINAE 错误。若对替换后的类型/表达式的求值导致副作用,例如实例化某模板特化、生成某隐式定义的成员函数等,则这些副作用中的错误被当做硬错误。lambda 表达式不被当作是立即语境的一部分。 (C++20 起)
本节未完成原因:这有影响的小示例 |
替换以词法序进行,并在遇到失败时终止。
如果多个声明具有不同的词法顺序(例如,某个函数模板声明为具有尾随返回类型,它在某个形参之后替换,然后被重声明为具有常规返回类型,它则在该形参之前替换),而这会导致模板实例化以不同顺序出现或完全不出现,则程序非良构;不要求诊断。 | (C++14 起) |
类型 SFINAE
下列类型错误是 SFINAE 错误:
- 试图实例化含有多个不同长度的包的包展开 | (C++11 起) |
- 试图创建 void 的数组,引用的数组,函数的数组,负大小的数组,非整型大小的数组,或者零大小的数组。
- template <int I> void div(char(*)[I % 2 == 0] = 0) {
- // 当 I 为偶数时选择这个重载
- }
- template <int I> void div(char(*)[I % 2 == 1] = 0) {
- // 当 I 为奇数时选择这个重载
- }
- 试图在作用域解析运算符
::
左侧使用并非类或非枚举的类型
- template <class T> int f(typename T::B*);
- template <class T> int f(T);
- int i = f<int>(0); // 使用第二重载
- 试图使用类型的成员,其中
- 类型不含指定成员
- 在要求类型处,指定成员不是类型
- 在要求模板处,指定成员不是模板
- 在要求非类型处,指定成员不是非类型
- template <int I> struct X { };
- template <template <class T> class> struct Z { };
- template <class T> void f(typename T::Y*){}
- template <class T> void g(X<T::N>*){}
- template <class T> void h(Z<T::template TT>*){}
- struct A {};
- struct B { int Y; };
- struct C { typedef int N; };
- struct D { typedef int TT; };
- struct B1 { typedef int Y; };
- struct C1 { static const int N = 0; };
- struct D1 {
- template <typename T>
- struct TT
- {
- };
- };
- int main() {
- // 下列各个情况推导失败:
- f<A>(0); // 不含成员 Y
- f<B>(0); // B 的 Y 成员不是类型
- g<C>(0); // C 的 N 成员不是非类型
- h<D>(0); // D 的 TT 成员不是模板
- // 下列各个情况推导成功:
- f<B1>(0);
- g<C1>(0);
- h<D1>(0);
- }
- // 未完成:需要演示重载决议,而不只是失败
- 试图创建指向引用的指针
- 试图创建到 void 的引用
- 试图创建指向 T 成员的指针,其中 T 不是类类型
- template<typename T>
- class is_class {
- typedef char yes[1];
- typedef char no [2];
- template<typename C> static yes& test(int C::*); // 若 C 是类类型则得到选择
- template<typename C> static no& test(...); // 否则选择它
- public:
- static bool const value = sizeof(test<T>(0)) == sizeof(yes);
- };
- 试图将非法类型给予非类型模板形参
- template <class T, T> struct S {};
- template <class T> int f(S<T, T()>*);
- struct X {};
- int i0 = f<X>(0);
- // 未完成:需要演示重载决议,而非仅是失败
- 试图在以下语境中进行非法转换
- 模板实参表达式
- 函数声明中使用的表达式
- template <class T, T*> int f(int);
- int i2 = f<int,1>(0); // 不能将 1 转换为 int*
- // 未完成:需要演示重载决议,而非仅是失败
- 试图创建形参类型为 void 的函数类型
- 试图创建返回数组类型或函数类型的函数类型
- 试图创建 cv 限定的函数类型 | (C++11 前) |
- 试图创建形参类型或返回类型为抽象类的函数类型。 | (C++11 起) |
表达式 SFINAE
下列表达式错误是 SFINAE 错误 - 模板形参类型中使用的非良构表达式 - 函数类型中使用的非良构表达式
| (C++11 起) |
C++11 前,只有类型中使用的常量表达式(例如数组边界)才要求被当做 SFINAE(而非硬错误)。 | (C++11 前) |
库支持
标准库组件 std::enable_if 允许创建替换失败,以基于某个在编译时求值的条件来启用或禁用特定的重载。
标准库组件 std::void_t 是另一个简化 SFINAE 的应用的工具元函数。
另外,许多类型特性都是用 SFINAE 实现的。
替代方案
只要适用,标签派发,static_assert,以及(如果可用)概念,通常都比直接使用 SFINAE 更受偏好。
示例
一种常见手法,是在返回类型上使用表达式 SFINAE,其中表达式使用逗号运算符,其左子表达式是所检验的(转型到 void 以确保不会选择返回类型上的用户定义逗号运算符),而右子表达式具有期望函数返回的类型。
运行此代码
- #include <iostream>
- // 此重载始终在重载集中
- // 省略号形参对于重载决议具有最低等级
- void test(...)
- {
- std::cout << "Catch-all overload called\n";
- }
- // 若 C 是类的引用类型且 F 是指向 C 的成员函数的指针
- // 则这个重载被添加到重载集,
- template <class C, class F>
- auto test(C c, F f) -> decltype((void)(c.*f)(), void())
- {
- std::cout << "Reference overload called\n";
- }
- // 若 C 是类的指针类型且 F 是指向 C 的成员函数的指针
- // 则这个重载被添加到重载集,
- template <class C, class F>
- auto test(C c, F f) -> decltype((void)((c->*f)()), void())
- {
- std::cout << "Pointer overload called\n";
- }
- struct X { void f() {} };
- int main(){
- X x;
- test( x, &X::f);
- test(&x, &X::f);
- test(42, 1337);
- }
输出:
- Reference overload called
- Pointer overload called
- Catch-all overload called
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