如何在 clang 库中进行模板替换？

Question

具体来说，我们有一个这样的 C++ 源文件：

template <int n>
struct N {};

struct B {
    template <typename M>
    using A = typename std::conditional<std::is_same<M, N<4>>::value,
                                        int*, void*>::type;
};

template <typename T, T value>
struct F : B {};

template <>
struct F<decltype(&fopen), &fopen> : B {
    template <typename M>
    using A = double*;
};

template <>
struct F<decltype(&fclose), &fclose> : B {
    template <typename M>
    using A = typename std::conditional<std::is_same<M, N<16>>::value,
                                        void*, char**>::type;
};

// More specialization of 'F' follows.

很容易找到N和F的ClassTemplateDecls，以及函数指针&fopen、&fclose等的QualType和FunctionDecl。但问题是如何在不修改源代码的情况下将这些参数替换为 N、F 和 F::A。

问题是：

• 如何评估 F<decltype(&fprintf), &fprintf>::A<N<4>> 并知道它是 int*？
• 如何评估F<decltype(&fopen), &fopen>::A<N<7>> 并知道它是double*？
• 等等……

Answer 1

我有一个部分解决方案，唯一需要注意的是，我无法让std::is_same<N<4>, N<4>>::value 返回true。好吧，我可以忍受，因为我可以定义一个直接对值进行操作的 constexpr 方法。但我希望有人可以为此提供正确的答案。

我已将完整的解决方案和修改后的输入放到https://gist.github.com/4178490。

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我发现要将参数替换为类模板并实例化它，可以：

1. 使用参数将ClassTemplateDecl 变成ClassTemplateSpecializationDecl，并且
2. 使用Sema::InstantiateClass 方法实例化专业化。

方法Sema::RequireCompleteType确实间接调用了InstantiateClass，需要的输入较少，所以我改用这个方法。因此，我们会写：

/**
 * Instantiate a class template.
 */
ClassTemplateSpecializationDecl* instantiate(ASTContext& ast, Sema& sema, 
                                             DeclContext* parent,
                                             ClassTemplateDecl* decl, 
                                             ArrayRef<TemplateArgument> args) {
   void* ins_point;
   auto retval = decl->findSpecialization(args.data(), args.size(), ins_point);
   if (retval == nullptr) {
       retval = ClassTemplateSpecializationDecl::Create(ast, TTK_Class, parent, 
                                                        {}, {}, decl,
                                                        args.data(), args.size(),
                                                        nullptr);
       decl->AddSpecialization(retval, ins_point);
   }
   bool is_incomplete = sema.RequireCompleteType({}, ast.getTypeDeclType(retval),
                                                 diag::err_incomplete_type);
   return is_incomplete ? nullptr : retval;
}

此方法仅适用于 ClassTemplateDecl。在这个问题中，我们还有一个TypeAliasTemplateDecl。为此，我将直接调用TemplateDeclInstantiator，因为这是唯一知道 TypeAliasTemplateDecl 的对象。也许这种方法也适用于 ClassTemplateDecl，但我不能确定，因为单独使用 TemplateDeclInstantiator 似乎还不够。

/**
 * Instantiate a template alias (`template <...> using Foo = ...`).
 */
TypeAliasDecl* instantiate(ASTContext& ast, Sema& sema, DeclContext* parent,
                           TypeAliasTemplateDecl* decl,
                           ArrayRef<TemplateArgument> args) {
    auto args_count = static_cast<unsigned>(args.size());
    TemplateArgumentList arg_list {TemplateArgumentList::OnStack,
                                   args.data(), args_count};
    MultiLevelTemplateArgumentList multi_arg_list {arg_list};
    TemplateDeclInstantiator instantiator {sema, parent, multi_arg_list};
    auto instantiated = instantiator.Visit(decl);
    if (auto inst_decl = dyn_cast<TypeAliasTemplateDecl>(instantiated)) {
        return inst_decl->getTemplatedDecl();
    }
    return nullptr;
}

（我跳过了 FunctionTemplateDecl，它超出了我的问题范围。）