模板代码中的类型不完整

Question

假设我们有两种类型（完整的和不完整的）：

struct CompleteType{};

struct IncompleteType;

我们还有模板代码：

#include <type_traits>

template <typename = X(T)>
struct Test : std::false_type {};

template <>
struct Test<T> : std::true_type {};

T 在这里可以是CompleteType 或IncompleteType，X(T) 可以是T、decltype(T()) 或decltype(T{})（假设X(T) 是一个宏）。

此代码的使用方式如下：

std::cout << std::boolalpha << Test<>::value << std::endl;

您可以在下面看到不同的编译器如何处理此类代码：

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clang 3.4

X(T) \ T       CompleteType  IncompleteType
T              true          true      
decltype(T())  true          --- (1, 2)
decltype(T{})  true          --- (1, 2)

1. 即使在具有不完整类型的模板类声明（decltype(T()) 和 decltype(T{})，但不是简单的T）上也给出error: invalid use of incomplete type 'IncompleteType'，而不在代码中使用Test<>::value。

2. error: too few template arguments for class template 'Test'

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g++ 4.8.1

X(T) \ T       CompleteType  IncompleteType
T              true          true      
decltype(T())  true          true      
decltype(T{})  true          true      

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vc++ 18.00.21005.1

X(T) \ T       CompleteType  IncompleteType
T              true          true      
decltype(T())  true          --- (1)   
decltype(T{})  true          --- (2)   

1. error C2514: 'IncompleteType' : class has no constructors

2. error C2440: '<function-style-cast>' : cannot convert from 'initializer-list' to 'IncompleteType' Source or target has incomplete type

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什么编译器符合标准？请注意，std::cout << typeid(X(IncompleteType)).name() << std::endl; 之类的简单字符串不会在所有编译器上编译 X 的所有变体（vc++ 除外） 和 X(T) == T)。

Answer 1

我相信 Clang 和 MSVC 在这种情况下的行为是符合标准的。我认为 GCC 在这里走的是一条捷径。

让我们先把一些事实摆在桌面上。 decltype 表达式的操作数是所谓的未求值操作数，由于它们最终从不求值，因此处理方式略有不同。

特别是，对完整类型的要求更少。基本上，如果您有任何临时对象（作为表达式中涉及的函数或运算符中的参数或返回值），它们不需要是完整的（参见第 5.2.2/11 节和第 7.1.6.2/5 节）。但这只是解除了“不能声明不完整类型的对象”的通常限制，但并没有解除对不完整类型的另一个限制，即“不能调用不完整类型的成员函数”。这就是关键。

表达式decltype(T()) 或decltype(T{})，其中T 不完整，必须查找T 类型的构造函数，因为它是该类的（特殊）成员函数。只是它是一个构造函数调用会产生一些歧义（即，它只是创建一个临时对象吗？还是它调用构造函数？）。如果是任何其他成员职能，就不会有任何争论。幸运的是，该标准确实解决了这场争论：

12.2/1

即使临时对象的创建未被评估（条款 5）或以其他方式避免（12.8），所有语义限制应 被尊重，就好像临时对象已经被创建和稍后 被摧毁。 [注意：即使没有调用析构函数或 复制/移动构造函数，所有语义限制，例如 可访问性（第 11 条）以及功能是否被删除 (8.4.3)，应满足。但是，在特殊情况下 用作 decltype-specifier (5.2.2) 操作数的函数调用，否 临时引入，因此上述不适用于 任何此类函数调用的纯右值。 - 结束注释]

最后一句话可能有点令人困惑，但这仅适用于函数调用的返回值。换句话说，如果你有T f(); 函数，并且你声明了decltype(f())，那么T 不需要完整，也不需要对是否有可用的构造函数/析构函数进行任何语义检查。

事实上，这整个问题正是为什么会有一个std::declval 实用程序，因为当你不能使用decltype(T()) 时，你可以使用decltype(std::declval<T>())，而declval 只不过是一个（假）函数返回T 类型的纯右值。但当然，declval 旨在用于不太琐碎的情况，例如decltype( f( std::declval<T>() ) )，其中f 将是一个采用T 类型对象的函数。而declval 不要求类型是完整的（参见第 20.2.4 节）。这基本上是您解决整个问题的方法。

因此，就 GCC 的行为而言，我相信它需要走捷径，因为它试图找出 T() 或 T{} 的类型是什么。我认为只要 GCC 发现 T 指的是类型名称（不是函数名称），它就会推断这是一个构造函数调用，因此，无论查找发现什么是被调用的实际构造函数，返回类型将是T（好吧，严格来说，构造函数没有返回类型，但你明白我的意思）。这里的要点是，这可能是未评估表达式中有用（更快）的捷径。但据我所知，这不是符合标准的行为。

如果 GCC 允许 CompleteType 构造函数被删除或私有，那么这也与上面引用的标准段落直接矛盾。编译器需要在这种情况下强制执行所有语义限制，即使表达式没有被计算。

请注意，std::cout << typeid(X(IncompleteType)).name() << std::endl; 之类的简单字符串不会在所有 X 变体的所有编译器上编译（vc++ 和 X(T) == T 除外）。

这是预期的（MSVC 和 X(T) == T 除外）。 typeid 和 sizeof 运算符与 decltype 类似，因为它们的操作数是未计算的，但是，它们都有一个额外的要求，即结果表达式的类型必须是完整的类型。可以想象，编译器可以解析 typeid 的不完整类型（或至少具有部分类型信息），但标准需要完整的类型，以便编译器不必这样做。我想这就是 MSVC 正在做的事情。

因此，在这种情况下，T() 和 T{} 案例失败的原因与 decltype 相同（正如我刚刚解释的那样），X(T) == T 案例失败是因为 typeid 需要完整的类型（但 MSVC 设法取消了该要求）。而在 GCC 上，由于typeid 要求所有X(T) 情况的完整类型（即，在sizeof 或typeid 情况下，GCC 采用的快捷方式不会影响结果），它会失败。

所以，总而言之，我认为 Clang 是三者中最符合标准的（不走捷径或进行扩展）。