C++雾中风景17:模板的非推断语境与std::type_identity

乍一看这个标题很玄乎,但是其实这只是涉及一个很简单的CPP的模板推导的知识点。
笔者近期进行CPP开发工作时,在编译时遇到了如下的模板类型的推断错误:note: candidate template ignored: deduced conflicting types for parameter T (long long vs. long int)。通过一番梳理之后总结成文,希望对大家有所帮助。

1.非推断语境

众所周知,函数模板的使用是C++编译期进行类型推导的过程。通过分析源代码之中函数实参的类型,进一步推断出调用的函数参数的类型,从而自动生成对应的函数,来达到精简代码逻辑的效果。

而所谓非推断语境呢?则是模板的类型不参与模板实参推导,取而代之地使用可在别处推导或显式指定的模板实参。

单看上述文字可能很难理解,咱们直接看代码就能明白了。

2.举个栗子

我们先来看看下面的一段简单的代码:

template<typename T>
struct TestTemplate {
     T t; 
};

template<typename T>
T add(TestTemplate<T>& test, T val) {
   return test.t + val; 
}

int main() {
    TestTemplate<long> test_template{100};
    return add(test_template, 10); 
}

在进行编译的时候出现如下的报错:

note:   template argument deduction/substitution failed:
note:   deduced conflicting types for parameter 'T' ('long int' and 'int')

通过gcc的编译报错我们可以看出,这里出现了错误的模板推断问题。模板函数add在进行类型推断时出现了冲突,在同一个函数中,模板类型T被同时推断为longint

我们来分析一下模板推断的流程。

  • 首先,参数test_template的类型为TestTempalate<long>, 它作为add函数的第一个参数传入,此时T的类型被推导为了long
  • 接着,参数val的类型为int, 它作为add函数的第二个参数传入,而此时由于13为int类型,所以T被推导为int类型。

正是因为这样,在add函数进行模板推导的过程之中,两个参数testval同时参与了模板类型的推导,导致出现了上述的问题。

我们可以尝试将add函数的调用改为如下:add(test_template, 10l)。此时val也作为参数T也被推导为long类型,则编译不再报错。

3. 利用非推断语境解决问题

显然,上面的代码我们希望编译器支持将int类型自动推导为long,而不要出现恼人的报错。那我们就需要利用非推断语境来解决问题了,让val的类型不要参与到类型推导过程之中来,那么问题就解决了。

模板的非推断语境出现比较复杂,有需要的可以参考cppreference部分的详细解释。我们将利用第一种,也是最常见的非推断语境来解决上文提到的问题。

The nested-name-specifier (everything to the left of the scope resolution operator ::)

简单来说就是::左侧作用域的类型,不参与模板类型的推导。

所以上述代码改为如下代码,就可以规避原先的问题了。

template<typename T>
struct TestTemplate {
    T t;
};

template<typename T> struct identity { typedef T type; };

template<typename T>
T add(TestTemplate<T>& test, typename identity<T>::type val) {
  return test.t + val;
}

int main() {
   TestTemplate<long> test_template{1000};
   return add(test_template, 10);
}

这里我们新添加了类型identity, 并利用typename identity<T>::type规避了模板的类型推断过程,从而让val的类型推断直接利用了test参数的类型推断结果,所以此时val的类型为long,模板类型推断也就不再出错了。

正是因为非推断语境在模板推断中会被使用,所以C++20提供了新的trait:
std::type_identitystd::type_identity_t来帮助我们解决上述的问题。它们的实现与功能与上面展示的identity一致,都是利用模板的非推断语境来规避类型推断不同导致的编译失败问题。

4.小结

C++的一些模板推断的问题常常让人抓狂,很多时候gcc给出的一长串报错很容易劝退萌新。本篇聊了聊笔者实际在开发中遇到的模板推断问题出发,一步步分析报错,希望大家对解决编译问题有耐心,并擅用搜索引擎,功力必不唐捐。(当然,更新的C++标准也给我们解决问题的武器库添砖加瓦,多多学习才是正道,日常一念:C++20好~~~

希望大家能够有所收获,笔者水平有限。成文之处难免有理解谬误之处,欢迎大家多多讨论,指教。

5.参考资料

CppReference

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