Question

我正在尝试创建一种自动创建包装对象的包装类：

#include <memory>
#include <type_traits>

template<typename T>
class Foo {
    std::unique_ptr<T> _x;
public:
    Foo();  // will initialize _x
};

此外，我希望能够隐藏T用户Foo<T>的实施细节（PIMPL pattern）。对于单翻译单元示例，假设我有

struct Bar;  // to be defined later

extern template class Foo<Bar>;
// or just imagine the code after main() is in a separate translation unit...

int main() {
    Foo<Bar> f;  // usable even though Bar is incomplete
    return 0;
}

// delayed definition of Bar and instantiation of Foo<Bar>:

template<typename T>
Foo<T>::Foo() : _x(std::make_unique<T>()) { }

template class Foo<Bar>;
struct Bar {
    // lengthy definition here...
};

一切正常。但是，如果我想要求T派生自另一个类，编译器会抱怨Bar不完整：

struct Base {};

template<typename T>
Foo<T>::Foo() : _x(std::make_unique<T>()) {
    // error: incomplete type 'Bar' used in type trait expression
    static_assert(std::is_base_of<Base, T>::value, "T must inherit from Base");
}

尝试使用static_cast实现相同检查的方法同样失败：

template<typename T>
Foo<T>::Foo() : _x(std::make_unique<T>()) {
    // error: static_cast from 'Bar *' to 'Base *', which are not related by inheritance, is not allowed
    // note: 'Bar' is incomplete
    (void)static_cast<Base*>((T*)nullptr);
}

但是，似乎如果我添加另一个级别的函数模板，我可以让它工作：

template<typename Base, typename T>
void RequireIsBaseOf() {
    static_assert(std::is_base_of<Base, T>::value, "T must inherit from Base");
}

// seems to work as expected
template<typename T>
Foo<T>::Foo() : _x((RequireIsBaseOf<Base, T>(), std::make_unique<T>())) { }

请注意，即使以下情况仍然会导致不完整类型的错误，尽管结构相似：

// error: incomplete type 'Bar' used in type trait expression
template<typename T>
Foo<T>::Foo() : _x((std::is_base_of<Base, T>::value, std::make_unique<T>())) { }

这里发生了什么？附加函数是否以某种方式延迟了static_assert的检查？是否有更清晰的解决方案，不涉及添加功能，但仍允许在template class Foo<Bar>;的定义之前放置Bar？

Answer 1

版本1

// #1
// POI for Foo<Bar>: class templates with no dependent types are instantiated at correct scope BEFORE call, with no further lookup 
// after first parse
int main() {
    Foo<Bar> f;  // usable even though Bar is incomplete
    return 0;
}

// delayed definition of Bar and instantiation of Foo<Bar>:


struct Base {};

// error: incomplete type 'Bar' used in type trait expression
template<typename T>
Foo<T>::Foo() : _x(std::make_unique<T>()) {
    // error: incomplete type 'Bar' used in type trait expression
    static_assert(std::is_base_of<Base, T>::value, "T must inherit from Base");
}
// #2
// POI for static_assert: function templates with no dependent types are
// instantiated at correct scope AFTER call, but no further lookup is
// performed, as with class templates without dependent types
// is_base_of forces the compiler to generate a complete type here

template class Foo<Bar>;
struct Bar : private Base {
    // lengthy definition here...
};

版本2：

    struct Base {};
template<typename Base, typename T>
void RequireIsBaseOf() {
    static_assert(std::is_base_of<Base, T>::value, "T must inherit from Base");
}

// seems to work as expected
template<typename T>
Foo<T>::Foo() : _x((RequireIsBaseOf<Base, T>(), std::make_unique<T>())) { }
// #3
// is_base_of does not force any complete type, as so far, only the 
// incomplete type of RequiredIsBaseOf is around.

template class Foo<Bar>;
struct Bar : private Base {
    // lengthy definition here...
};
// #3
// POI for RequiredIsBaseOf: function templates WITH dependent types are instantiated at correct scope AFTER call, after the second phase of two-phase lookup is performed.

以下是我认为的问题：＃2之后的任何点都是允许的POI（实例化点，编译器根据规则放置专用模板代码）。

实际上，大多数commpilers都会将大多数函数模板的实际实例化延迟到翻译单元的末尾。某些实例化不能被延迟，包括需要实例化以确定推断的返回类型的情况以及函数是constexpr并且必须被评估以产生恒定结果的情况。一些编译器在首次使用内联函数时可以实例化内联函数。这有效地将相应模板特化的POI移除到翻译单元的末尾，这是C ++标准允许的替代POI（来自 C ++模板，完整指南，第2版。，14.3 .2。实例化点，第254页

std::is_base_of需要一个完整的类型，因此如果RequiredIsBaseOf没有隐藏它，可以将部分实例化的函数模板隐藏起来，is_base_of可以引导将POI插入的编译器尽快发出错误。

正如t.niese所述，任何一个版本都可以使用-std=c++17标志的godbolt上的任何gcc版本。我的猜测是gcc做了最晚的POI之一，而clang使用了第一个合法的，#2。使用具有从属名称的函数模板（当首次遇到RequiredIsBaseOf时，仍然必须填入T）会强制clang对依赖类型执行第二次查找运行，此时遇到Bar。< / p>

我不确定如何实际验证这一点，因此欢迎来自更精通编译器的人的任何意见。

什么时候不完整的类型在显式实例化期间没问题？

1 个答案: