c++ 模板参数有默认值时模板特例化匹配问题

如下的源码：

template<typename T, typename U = int>
class S{ //#1
  public:
    void f1(){};
};

template<>
class S<void> {		//#2
  public:
    void f2(){};
};

int main()
{
  S<void, int> sv;	// OK: uses #2, definition available  #3
  //sv.f1();//error
  sv.f2();//ok
}

clang模板展开时，#3变成：

 S<void> sv = S<void>();

为啥S<void, int> 不走主模板分支 #1？

其实 #2 的实现，S<void> 就是 S<void，int>。

实现过程：

class S<void> 的实例化，查找到前面有主模板定义：

template<typename T, typename U = int> class S

因为第二个模板参数默认值是int所以 会自动生成

S<void, int>

也就是说，class S<void> 根据主模板，就是 S<void, int>。

接下来就是 S<void, int> 选择哪个匹配问题。根据模板匹配找最适合的，范围更小的。最终选定偏特化的，主模板的范围太广了。

再看一个小的示例：

//这个是主模板
template<bool, typename T= void> //这个T，可以省略，因为没有被引用
struct en_if {};

//一个偏特化模板。之所以不是全特化，还保留了主模板的第二个参数
template< typename T>
struct en_if <true, T> { using TYPE = T; };

/////------
en_if<true>::TYPE* a;

en_if<true>,这个根据主模板，形成： en_if<true, void>。（会去主模板，没提供 T，默认是void，最终 T就变成了 void）。

接下来 en_if<true, void>选择主模板，还是偏特化的问题。

主模板：template<bool,typename T=void>

偏特化：en_if<true, T>

偏特化更符合，范围更小。即符合偏特化，肯定符合主模板；符合主模板，不一定符合偏特化。

偏特化被改的话，都会报错：

//一个偏特化模板。之所以不是全特化，还保留了主模板的第二个参数
template< typename T=void>
struct en_if <true, T> { using TYPE = T; };

//一个偏特化模板。之所以不是全特化，还保留了主模板的第二个参数
template< typename T=int>
struct en_if <true, T> { using TYPE = T; };

上面两种修改都会导致报错：

error: default template argument in a class template partial specialization
template< typename T=void>
^
1 error generated.

 

实际应用

通过默认模板参数 来选择默认的特化版本，当条件不成立时，退回到主模板。

• 当默认模板参数是类型，则一般为void，并在特化版本通过void_t或者 enable_if_t选择；
• 若为值，则用bool常量表达式结果作为默认参数并在特化版本中通过true false选择。

以上摘自《c++20高级编程》罗能 p64.

enable_if 作为约束使用，它虽然出现在模板上的一个参数，但是没有用，只是作为模板模式匹配用途。在c++20用约束来替换。

1, 关于默认值的模式匹配

template<bool B, class T=long>
struct enable_if{};

template<class T>
struct enable_if<true,T>{
  using type = T;
};

enable_if<true>::type a;

可以看到，a是个 long 类型。

template<bool B, class T = long>
struct enable_if
{
};

/* First instantiated from: insights.cpp:9 */
#ifdef INSIGHTS_USE_TEMPLATE
template<>
struct enable_if<true, long>
{
  using type = long;
};

#endif


template<class T>
struct enable_if<true, T>
{
  using type = T;
};

enable_if<true>::type a;

 2，它真正用途是作为 选择器。上面的long其实没用，用void代替。

#include <iostream>

template<bool B, class T=void>
struct enable_if{};

template<class T>
struct enable_if<true,T>{
  using type = T;
};

template<class T, class U=typename enable_if< std::is_integral_v<T> >::type >
struct X{
};

X<int> ok;
X<std::string> compile_failed;

由于enable_if<false> 会匹配主模板定义，而里面是没有 type 这个定义的。所以导致 compile_failed。

可以看到上面的 class U模板参数只是作为约束存在，没有任何实际意义。c++20用 concept。

#include <iostream>

template<class T>
  concept IntType= std::is_integral_v<T>;


template<IntType T>
struct X{
};

X<int> ok;
//X<std::string> compile_failed;

进一步可以简化为：

template<class T>
requires std::is_integral_v<T>
struct X{
};

X<int> ok;