基于数组大小有效性的专业化

Question

尝试根据数组大小的有效性进行专门化：

// base template
template<int p, typename T = void>
struct absolute {
    operator int () const { return 0; }
};

// positive case template
template<int p>
struct absolute<p, typename std::void_t<int[p]>> {
    operator int () const { return p; }
};

// negative case template
template<int p>
struct absolute<p, typename std::void_t<int[-p]>> {
    operator int () const { return -p; }
};


int main() {
    std::cout << absolute<5>() << std::endl;
    std::cout << absolute<-5>() << std::endl;
    std::cout << absolute<0>() << std::endl;
}

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问题 #1：

以上代码works nicely with gcc but fails to compile with clang。

Clang 生成错误：redefinition of template struct 'absolute'

谁是对的？

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问题 #2：

Both with gcc and with clang（如果我们移除负面专业化以将 clang 带回游戏），不清楚为什么 absolute<0>() 选择基本模板。 There is nothing wrong 和 int[0] 以及 std::void_t<int[0]> 似乎更专业：

// base template
template<int p, typename T = void>
struct absolute {
    operator int () const { return -1; }
};

// positive case template
template<int p>
struct absolute<p, typename std::void_t<int[p]>> {
    operator int () const { return p; }
};

int main() {
    std::cout << absolute<5>() << std::endl; // 5
    std::cout << absolute<0>() << std::endl; // -1, why not 0?
}

并且...如果基本模板只是声明而没有实现，则为：

// base template
template<int p, typename T = void>
struct absolute;

Both gcc and clang would fail to compile，抱怨 不完整类型的无效使用：absolute<0>()。尽管它似乎适合特殊情况。

这是为什么呢？

Answer 1

关于Clang的重定义错误，见this question。

最初的别名模板（如std::void_t）的模板ID 将简单地替换为它们的别名类型，而不检查替换失败的参数。这已更改为 CWG issue 1558。这仅将标准更改为要求模板参数中的替换失败，但并未阐明在替换别名后等效的两个模板是否应被视为等效。 Clang 认为它们是等价的，但 GCC 不是。这是开放的CWG issue 1980。

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-pedantic-errors GCC 已经报告了一个硬错误

std::cout << absolute<5>() << std::endl;

在专业中

template<int p>
struct absolute<p, typename std::void_t<int[-p]>>

因为据说数组大小不是一个常量表达式。数组的大小必须是std::size_t 类型的转换常量表达式。转换后的常量表达式只能使用非缩小转换。所以确实-p 和p = 5 转换为std::size_t 不是一个常量表达式，使得int[-p] 类型不正确，但我认为这应该导致替换失败，而不是硬错误。 C++17 标准（草案 N4659）的[temp.deduct/8] 说：

如果替换导致无效的类型或表达式，则类型推导失败。无效类型或表达式是一种格式错误的类型或表达式，如果使用替换参数编写，则需要进行诊断。

这适用于这里。引用后给出的非规范示例甚至包括负数组大小作为替换失败的示例。

特别奇怪的是，对于absolute<-5>() GCC 确实不报告了

template<int p>
struct absolute<p, typename std::void_t<int[p]>>

专业化，其中int[p] 的计算结果为int[-5]，它也没有转换后的常量表达式大小。

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absolute<0>() 选择主模板，因为数组大小必须大于零，这使得部分特化都不可行。零大小数组是一种语言扩展，可以在 GCC 和 Clang 中使用 -pedantic-errors 禁用。