switch 语句条件下同时具有模板和非模板转换运算符的类

Question

问题最初出现在this question。考虑以下代码：

class Var
{
public:

    operator int () const
    { return 0; }

    template <typename T>
    operator T () const
    { return T(); }

};

int main()
{
    Var v;
    switch (v)
    { }
}

没有operator int() const { return 0; }，g++ 和clang reject 的代码。

但是，上面带有operator int() 的代码是clang 的accepted，而g++ 的rejected 则出现以下错误：

main.cpp:17:14: error: default type conversion can't deduce template argument for 'template<class T> Var::operator T() const'
     switch (v)
              ^

哪个编译器是正确的？

Answer 1

6.4.2/2 switch 声明（强调我的）

条件应为整数类型、枚举类型或存在单个非显式转换函数到整数或枚举类型的类类型 (12.3)。如果条件是类类型，则通过调用该转换函数来转换条件，并在本节的其余部分使用转换结果代替原始条件。

所以我的解释是 g++ 在这里是正确的。

Answer 2

根据我的拙见并基于§13.3.3/1 最佳可行函数 [over.match.best]，非模板重载转换运算符（即operator int() const）具有在重载决议挑选方面的优先级高于其模板对应项（即template <typename T> operator T () const）。

因此，重载解析会正确选择operator int() const 而不是template <typename T> operator T () const，因为这是最好的可行函数。

此外，由于将选择非模板版本而不是模板版本（即，模板不会被编译器具体化/限定），class Var 将只有一个转换函数，因此 §6.4.2/2 将满足单整数转换的 switch 语句 [stmt.switch]。

因此，Clang 是对的，而 GCC 是错的。

Answer 3

如果我在重载方面正确阅读本节，Clang 是正确的

13.3.3 最佳可行函数[over.match.best]

[...] 鉴于这些定义，如果对于所有参数 i，ICSi(F1) 不是比 ICSi(F2) 更差的转换序列，则可行函数 F1 被定义为比另一个可行函数 F2 更好的函数，然后 [...]

— F1 是非模板函数，F2 是函数模板特化，或者，如果不是，[...]

草稿可免费阅读。不确定 13.3.3 中的任何更改是否已纳入最终规范（我还没有付钱）

http://www.open-std.org/jtc1/sc22/wg21/docs/papers/2012/n3337.pdf

我会提交一个 G++ 错误 :-) 他们可能会以标准的不同部分进行反击以证明其合理性，但它似乎不符合标准。

编辑 aschepler 的评论：

发件人：http://publib.boulder.ibm.com/infocenter/comphelp/v101v121/index.jsp?topic=/com.ibm.xlcpp101.aix.doc/language_ref/cplr315.html

假设 f 是一个重载的函数名。当您调用重载函数 f() 时，编译器会创建一组候选函数。这组函数包括所有名为 f 的函数，可以从调用 f() 的位置访问这些函数。编译器可能会包含一个名为 f 的可访问函数的替代表示作为候选函数，以促进重载解析。

在创建了一组候选函数之后，编译器创建了一组可行的函数。这组函数是候选函数的子集。每个可行函数的参数数量与您用来调用 f() 的参数数量一致。

Answer 4

我相信clang 在这里是正确的。

我们可以从draft C++ standard 部分6.4.2 中看到switch 语句，这涉及到一个上下文隐式转换。第 2 段说（*强调我的未来）：

条件应为整型、枚举型或类 类型。如果是类类型，则条件是在上下文中隐式 转换（第 4 条） 为整数或枚举类型。

我们可以看到我们需要使用的部分是4标准转换，第5段涵盖了这些情况，它说：

某些语言结构需要转换为具有 1 的值 适用于构造的一组指定类型。一个 出现在这种上下文中的类类型 E 的表达式 e 被称为 上下文隐式转换为指定类型 T 并且是 当且仅当 e 可以隐式转换为类型 T 时，格式良好 确定如下： E 搜索转换函数 其返回类型为 cv T 或对 cv T 的引用，从而允许 T 由上下文。应该有一个这样的T。

这不引用8.5 部分，它允许通过专门引用13.3 部分来实现重载解析，而不允许我们无法使用的重载解析：

template <typename T>
operator T () const

因此没有歧义。

请注意，这与第 4 段不同，它涵盖了 if、while 等上下文中的 bool 转换。 .. 并说（强调我的）：

某些语言结构要求将表达式转换为 一个布尔值。说出现在这种上下文中的表达式 e 被上下文转换为 bool 并且当且仅当 声明 bool t(e); 格式良好，对于一些临时发明的 变量 t (8.5)。

它特别允许重载解决方案，并直接参考涵盖此内容的13.3 部分。这是有道理的，因为我们有一个特定的目标类型 bool 可以转换为我们在 switch 情况下没有的。

为什么

我们可以通过查看 N3323: A Proposal to Tweak Certain C++ Contextual Conversions, v3 来解决这个问题，它涵盖了这个问题。引用整篇论文会很困难，所以我将尝试引用足够多的上下文。它说：

C++ 表达式出现的上下文通常会影响 表达式被评估，因此可能对 表达式以确保这样的评估是可能的。 [...]

在四种情况下，FDIS (N3290) 使用不同的语言来指定 类似的上下文相关转换。在这四种情况下，当 操作数属于类类型，该类型必须具有“单个非显式 转换函数”到合适的（特定于上下文的）类型。 [...]

包括：

[stmt.switch]/2：“条件应为整型，枚举 类型，或具有单个非显式转换的类类型 存在整数或枚举类型的函数（12.3）。”

然后说：

主要问题，在本文中引用的四种情况中的每一种情况下 介绍，似乎在于他们的共同点很有帮助但很严格 将一个类限制为只有一个转换运算符的要求 [...]

另一个问题是当前限定词“single”的范围 措辞。类中必须只有一个转换函数， 或者可以有多个，只要一个适合于 上下文？

当前的语言在这一点上似乎不清楚。也是 不清楚产生对 适当的类型是适当的转换运算符。 （关于一个问题 这一点已于 2011-02-21 发布到核心反射器，但 在撰写本文时尚未得到答复。）当前的编译器实践似乎 承认这样的运营商，但目前的语言似乎没有。

并提议：

为了解决所有这些问题，我们建议改为使用经过验证的 由上下文转换为 bool 的术语所代表的方法 在 [conv]/3 中定义。因此，我们建议适度增加 [conv]/3 定义到其他指定类型的上下文转换，以及 然后诉诸这个新定义。

新语言如下；

某些其他语言结构需要类似的转换，但要转换为 具有适合于的一组指定类型之一的值 构造。出现在这种上下文中的类类型 E 的表达式 e 据说被上下文隐式转换为指定类型 T and 是良构的当且仅当 e 可以隐式转换为 a 类型 T 确定如下： E 搜索转换 返回类型为 cv T 或对 cv T 的引用使得 T 上下文允许。应该有一个这样的T。

注意N3486: C++ Editor's Report, October 2012 向我们展示了N3323 何时被纳入标准草案。

更新

提交了gcc bug report。

Answer 5

以下是相关引述，但最终答案在很大程度上取决于解释。我现在什至无法决定最喜欢的。

N3797 6.4.2/2：

条件应为整数类型、枚举类型或类类型。如果是类类型，则条件会在上下文中隐式转换（第 4 条）为整数或枚举类型。

4/5：

某些语言构造需要转换为具有适合构造的一组指定类型之一的值。出现在这种上下文中的类类型 E 的表达式 e 被称为上下文隐式转换为指定类型 T 并且当且仅当 e 可以被隐式转换为类型T，其确定如下：E 搜索返回类型为 cv T 或引用 cv @ 的转换函数987654328@ 这样上下文允许T。应该有一个这样的T。

14.5.2/6：

名称查找未找到转换函数的特化。相反，考虑使用上下文中可见的任何转换函数模板。对于每个这样的运算符，如果参数推导成功 (14.8.2.3)，则使用结果特化，就像通过名称查找找到一样。

14.5.2/8：

重载解析 (13.3.3.2) 和偏序 (14.5.6.2) 用于在转换函数模板和/或非模板转换函数的多个特化中选择最佳转换函数。

解释 1：4/5 说“转换函数”，而不是“转换函数和转换函数模板”。所以Var::operator int() const是唯一的选择，clang是正确的。

解释 2 [弱？]：14.5.2 要求我们通过重载决议和偏序比较转换函数模板，与非模板转换函数处于相同的初始位置。那些比较函数模板特化和函数，而不是函数模板，所以我们将做模板参数推导。转换函数模板的模板参数推导需要目标类型。尽管我们通常有一个更清晰的目标类型，但在这种情况下，我们将尝试（无论如何理论上）允许的类型集中的所有类型。但很明显，非模板函数是比所有模板特化更好的可行函数，因此重载决议选择了非模板函数。叮当是正确的。

解释3：由于重载解析需要模板实参推导，而模板实参推导需要已知的目标类型，所以必须先考虑4/5的语义，然后才能将其转换后的类型（如果有）用于重载解决过程。 14.5.2 要求考虑转换函数模板，但随后我们发现有多个有效类型T，我们有一个到T 的转换函数[该函数可能是函数模板特化]。该程序格式不正确，因此 g++ 是正确的。

Answer 6

我相信 gcc 是正确的，但标准有缺陷。

gcc 是正确的，因为标准要求将单个非显式转换运算符转换为 switch 中使用的类型的整数或枚举类型。

标准是错误的，因为检测这种情况涉及解决停机问题。

operator T 可以附加任意复杂度的 SFINAE 子句。根据标准，编译器必须确定是否存在T，使得T 是enum。

template<class...Ts>
struct evil {
  enum { bob = 3+sizeof...(Ts) };
};

struct test {
  operator int() const { return -1; };
  template<class T, typename std::enable_if<T::bob==2>::type* unused=nullptr>
  operator T() const { return T::bob; }
};
int main() {
  switch( test{} ) {
    case -1: std::cout << "int\n"; break;
    case 2: std::cout << "bob\n"; break;
    default: std::cout << "unexpected\n"; break;
  }
}

上面的代码演示了一个例子，我们有无限数量的enums 隐式可用。我们有一个operator T，当且仅当T::bob==2 时，它将转换为类型T。现在，我们的程序中没有这样的enums（即使我们删除了3+，仍然没有，因为它不是enum class——很容易纠正）。

所以test 只能转换为int，因此switch 语句应该编译。 gcc 未能通过此测试，并声称 template operator T 使其模棱两可（自然而然地没有告诉我们 T 是什么）。

将enum type 替换为enum class type，并删除3+ 会使switch 语句在标准下非法。但是要让编译器弄清楚这一点，它基本上必须实例化程序中所有可能的模板，以寻找具有相关属性的秘密enum。通过一些工作，我可以强制编译器解决 NP 完全问题（或者，排除编译器限制，停止问题）以确定程序是否应该编译。

我不知道正确的措辞应该是什么。但是书面的措辞肯定是不正确的。