为什么这些 CRTP 模式中只有一种可以编译？

Question

考虑以下两段带有CRTP 模式的代码：

template <typename Derived>
struct Base1 {
    int baz(typename Derived::value_type) { 
        return 42; 
    }
};

struct Foo1 : Base1<Foo1> {
    using value_type = int;
};

template <typename Derived>
struct Base2 {
    auto baz() {
        return typename Derived::value_type {};
    }
};

struct Foo2 : Base2<Foo2> {
    using value_type = int;
};

第一个fails to compile，第二个compiles。我的直觉说他们应该要么编译要么都不编译。现在，如果我们将Base2 中的auto 替换为显式类型：

template <typename Derived>
struct Base3 {
    typename Derived::value_type baz() {
        return typename Derived::value_type {};
    }
};

struct Foo3 : Base3<Foo3> {
    using value_type = int;
};

它no longer compiles;但我真的不明白这里有什么大区别。怎么回事？

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注意：这出现在 David S. Hollman 的闪电演讲中，Thoughts on Curiously Recurring Template Pattern，在 C++-Now 2019 中。

Answer 1

Foo1 类型仅在}; 的末尾是完整的

struct Foo1 : Base1<Foo1> {
    // still incomplete
} /* now complete */;

但在 Foo1 开始被定义之前，它必须先实例化基类才能完成基类。

template <typename Derived>
struct Base1 {
    // Here, no type are complete yet

    // function declaration using a member of incomplete type
    int baz(typename Derived::value_type) { 
        return 42; 
    }
};

在基类体内，还没有一个类是完整的。你不能在那里使用嵌套的类型名。定义类类型时，声明必须全部有效。

在成员函数体内，情况不同。

就像这段代码不起作用：

struct S {
    void f(G) {}
    using G = int;
};

不过这个没问题：

struct S {
    void f() { G g; }
    using G = int;
};

在成员函数体内，所有类型都被认为是完整的。

那么...如果auto 返回类型推断为您无法访问的类型，为什么它会起作用？

auto 返回类型确实很特殊，因为它允许前向声明具有推导返回类型的函数，如下所示：

auto foo();

// later

auto foo() {
    return 0;
}

因此，auto 的扣除可用于延迟声明中不完整的类型的使用。

如果auto 是即时推导出来的，则函数主体中的类型不会像规范所暗示的那样完整，因为它必须在定义类型时实例化函数主体。

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至于参数类型，也是函数声明的一部分，所以派生类还是不完整的。

虽然不能使用不完全类型，但可以检查推导的参数类型是否真的是typename Derived::value_type。

即使实例化的函数收到typename Derived::value_type（当使用正确的参数集调用时），它也只在实例化点定义。到那时，类型就完成了。

有一些类似于自动返回类型的东西，但对于参数，这意味着一个模板：

template<typename T>
int baz(T) {
    static_assert(std::is_same_v<typename Derived::value_type, T>) 
    return 42; 
}

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只要您不直接使用声明中不完整类型的名称，就可以了。您可以使用诸如模板或推导返回类型之类的间接方法，这将使编译器满意。

Answer 2

tl;dr：因为对 auto 返回类型的特殊考虑。

（@GuillaumeRacicot 回答的缩短版）

当定义模板类时，编译器需要在成员函数的签名中声明所有类型（指针或引用除外）。 Derived::value_type 未知，因此 Base1 和 Base3 不编译。

但是 auto 返回类型有一个特殊的例外：就好像您在前向声明 auto 返回类型，并且可以在实际实例化成员时实际定义。这就是Base2 确实编译的原因。