一种安全的、符合标准的方法来使类模板特化仅在实例化时才使用“static_assert”编译失败？答案

【问题标题】：A safe, standard-compliant way to make a class template specialization fail to compile using `static_assert` only if it is instantiated?一种安全的、符合标准的方法来使类模板特化仅在实例化时才使用“static_assert”编译失败？
【发布时间】：2019-06-16 12:49:53
【问题描述】：

假设我们要创建一个只能用数字实例化的模板类，否则不应该编译。我的尝试：

#include <type_traits>

template<typename T, typename = void>
struct OnlyNumbers{
public:
    struct C{};
    static_assert(std::is_same<C,T>::value, "T is not arithmetic type.");

    //OnlyNumbers<C>* ptr;
};

template<typename T>
struct OnlyNumbers<T, std::enable_if_t<std::is_arithmetic_v<T>>>{};

struct Foo{};
int main()
{
    OnlyNumbers<int>{}; //Compiles
    //OnlyNumbers<Foo>{}; //Error
}

Live demo - 所有三个主要编译器似乎都按预期工作。我知道已经有一个类似的question 的答案引用了标准。接受的答案使用temp.res.8 和temp.dep.1 来回答该问题。我认为我的问题有点不同，因为我准确地询问了我的示例，并且我不确定标准对此的看法。

我认为我的程序不是格式错误的，并且当且仅当编译器尝试实例化基本模板时它才应该编译失败。我的推理：

[temp.dep.1]：

在模板内部，一些结构的语义可能因实例而异。这样的构造取决于模板参数。

这应该使std::is_same<C,T>::value 依赖于T。
[temp.res.8.1]：

不能为模板或 constexpr 的子语句生成有效的特化，如果模板内的语句和模板未实例化，或

不适用，因为存在有效的特化，特别是 OnlyNumbers<C> 是有效的，可以在类中使用，例如定义一个成员指针变量（ptr）。实际上，通过删除断言并取消注释 ptr、OnlyNumbers<Foo> 行代码编译。
[temp.res.8.2 - 8.4] 不适用。
[temp.res.8.5] 我认为这也不适用，但我不能说我完全理解这一部分。

我的问题是：我的推理正确吗？这是使特定 [class]* 模板无法使用 static_assert if** 且仅在实例化时无法编译的安全且符合标准的方法吗？

*我主要对类模板感兴趣，请随意包含函数模板。但我认为规则是一样的。

**这意味着没有T 可以用来从外部实例化模板，就像T=C 可以从内部使用一样。即使C 可以以某种方式访问，我认为没有办法引用它，因为它会导致这种递归OnlyNumbers<OnlyNumbers<...>::C>。

编辑：

澄清一下，我知道如果没有其他专业匹配，我可以构造一个完全错误的表达式。但这很快就会变得冗长，而且如果专业发生变化，很容易出错。

【问题讨论】：

标签： c++ templates language-lawyer static-assert

【解决方案1】：

静态断言可以直接在类中使用，而不需要做任何复杂的事情。

#include <type_traits>

template<typename T>
struct OnlyNumbers {
    static_assert(std::is_arithmetic_v<T>, "T is not arithmetic type.");
    // ....
};

在某些情况下，您可能会收到其他错误消息，因为为非算术类型实例化 OnlyNumbers 可能会导致更多编译错误。

我不时使用的一个技巧是

#include <type_traits>

template<typename T>
struct OnlyNumbers {
    static_assert(std::is_arithmetic_v<T>, "T is not arithmetic type.");
    using TT = std::conditional_t<std::is_arithmetic_v<T>,T,int>;
    // ....
};

在这种情况下，您的类将使用有效类型 int 进行实例化。由于静态断言无论如何都会失败，因此这不会产生负面影响。

【讨论】：

【解决方案2】：

嗯...我不明白你的意思是什么

[[temp.res.8.1]] 不适用，因为存在有效的特化，特别是 OnlyNumbers 是有效的并且可以在类中使用，例如定义一个成员指针变量（ptr）。

你能举一个OnlyNumers有效并基于OnlyNumbers<C>编译主模板的例子吗？

无论如何，在我看来，重点正是如此。

如果你问

这是一种安全、符合标准的方法，可以使特定 [class]* 模板无法使用 static_assert if** 进行编译，并且仅当它被实例化时？

在我看来（也许排除只有在另一个专业匹配时才为真的测试）答案是“否”，因为 [temp.res.8.1]。

也许您可以打开一扇小门以允许实例化，但只有真正（真的！）想要实例化它的人才能使用。

例如，您可以添加第三个模板参数，具有不同的默认值，如下所示

template<typename T, typename U = void, typename V = int>
struct OnlyNumbers
 {
   static_assert(std::is_same<T, U>::value, "test 1");
   static_assert(std::is_same<T, V>::value, "test 2");
 };

这样你就打开了一扇通往合法实例化的大门

OnlyNumbers<Foo, Foo, Foo>     o1;
OnlyNumbers<void, void, void>  o2;
OnlyNumbers<int, int>          o3;

但仅说明至少第二种模板类型。

不管怎样，你为什么不干脆避免定义模板的主版本？

// declared but (main version) not defined
template<typename T, typename = void>
struct OnlyNumbers;

// only specialization defined
template<typename T>
struct OnlyNumbers<T, std::enable_if_t<std::is_arithmetic_v<T>>>
 { };

【讨论】：

感谢您的回答。显然我错了，我认为类中的OnlyNumbers<C> 会创建一个有效的模板，但事实并非如此。因为它将创建另一个C，它不同于作为参数传递的那个。留下未声明的主模板有效，但我只是不喜欢错误消息。使用自定义的 static_assert 更具可读性。添加额外的参数确实是我最初的想法，但它应该是无效的T，我的解决方案是尝试当场使这个无效T，因此无法访问C。所以我会坚持只声明。

【解决方案3】：

您的代码格式错误，因为无法实例化主模板。请参阅 Barry 对您链接到的相关问题的回答中的标准引用。您用来确保无法满足明确规定的标准要求的迂回方式无济于事。停止与您的编译器 rsp 作斗争。标准，并采用Handy999的方法。如果您仍然不想这样做，例如出于 DRY 的原因，实现目标的一致方法是：

template<typename T, typename Dummy = void>
struct OnlyNumbers{
public:
    struct C{};
    static_assert(! std::is_same<Dummy, void>::value, "T is not a number type.");

两个备注：

首先，我故意替换了错误信息，因为错误信息“不是算术类型”尖叫，你必须测试! std::is_arithmetic<T>::value。如果您对“数字”类型有多个重载，其中一些满足标准的算术类型要求而其他可能不满足（例如，可能来自多精度库的类型），我概述的方法可能是有意义的。
其次，您可能会反对有人可以写，例如OnlyNumbers<std::string, int> 打败静态断言。我要说的是，这是他们的问题。请记住，每次您证明白痴时，大自然都会成为更好的白痴。 ;-) 说真的，确实制作了易于使用且难以滥用的 API，但您无法解决精神错乱，因此不应该费心尝试。

TL;DR：KISS 和 SWYM（说出你的意思）

【讨论】：