关于模板实例化点的一些问题

Question

首先，一些标准的引用段落

如果在依赖于某个周围模板 Y 的模板参数的上下文中引用模板特化 X，则给定的实例化点取决于 Y 的实例化点。
如果 X 是函数模板特化，则实例化点是 Y。
如果 X 是类模板特化，则实例化点就在 Y 的实例化点之前。

否则，给定的实例化点与包含引用 X 的语句的命名空间范围声明/定义 (D) 的位置相关联。
如果 X 是函数模板特化，则实例化点紧接在 D 之后。
如果 X 是类模板特化，则实例化点就在 D 之前。

这里有一些代码

#include <iostream>
template<int N>
struct state {
    friend auto call(state<N>);
};
template<int N>
struct add_state {
    friend auto call(state<N>) {
        return N;
    }
};
template<typename T, int N>
T show() {
    add_state<N> d;
    return T{};
}
template<typename T,int N>
class data {
public:
    T c = show<T,N>();
};
#1,#3,#2
int main() {
    data<int, 0> t;
    call(state<0>{});
}

所以，根据上面的规则，当实例化类data<int, 0>时，那么实例化的点就在#1。

那么show<T,N> 依赖于模板类数据的模板参数。所以show<int,0> 的实例化点在#2。

那么add_state<N> 依赖于模板函数show 的模板参数。所以根据规则，add_state<0> 的实例化点在#3。

在#3 auto call(state<0>)已经定义，call(state<0>{})应该被链接，但实际上编译器报错如下：

叮当声：

main.cpp:24:2: error: function 'call' with deduced return type cannot be used before it is defined
        call(state<0>{});
        ^
main.cpp:4:14: note: 'call' declared here
        friend auto call(state<N>);
                    ^
1 error generated.

g++：

main.cpp: In function ‘int main()’:
main.cpp:24:17: error: use of ‘auto call(state<0>)’ before deduction of ‘auto’
  call(state<0>{});
                 ^ 

为什么？我对实例化点的理解是否有一些错误？ 如果不是，为什么编译器会报告这些错误？

Answer 1

根据[temp.inst]/2.1，隐式实例化类模板时，只实例化友元的声明：

类模板特化的隐式实例化导致声明的隐式实例化，而不是类成员的定义、默认参数或 noexcept 说明符的隐式实例化函数、成员类、作用域成员枚举、静态数据成员、成员模板和朋友；

所以在#3 auto call(state<N>) 仅被声明。此外，普通的非限定名称查找也找不到此声明。

尽管如此，我认为它不会使您的代码格式不正确。您的代码是如此奇怪，以至于标准委员会成员或编译器实现者可能从未考虑过这种情况：通常内联友元函数在类中定义，使友元函数通过 ADL（参数相关名称查找）可见。这当然也是编译器所不具备的。

因此，在main 内部的call(state<0>{})，ADL 在state 的定义中找到了call 的声明，编译器只是不考虑以某种方式寻找该函数的潜在定义无关类add_state。所以无法推导出auto。

Answer 2

我对这件事不太自信，但希望这可能会证明有用，我整理了另一个工作示例，而不是已经建议的示例：

#include <iostream>

// forward declaration of the
// add_state template
template<int>
struct add_state;


template<int N>
struct state {
    // Note: we generate the state here
    // so that the compiler will see the
    // definition of the call function
    add_state<N> t;
    friend auto call(state<N>);
};
template<int N>
struct add_state {
    friend auto call(state<N>) {
        return N;
    }
};


int main() {
    auto val = call(state<42>{});
    std::cout << val << std::endl;

    return 0;
}

我不确定这是否会有所帮助。但我希望如此，就像我一样，我也会对一个好的解释感兴趣。

Answer 3

您的问题在这里：

template<int N>
struct state {
    friend auto call(state<N>);//<--no way of telling return type !
};

编译器完全无法告诉call 函数返回什么，因此不得不放弃。 修复也很明显，只需给它一些可以使用的东西，例如：

friend auto call(state<N>) {return N;}

Answer 4

如果使用int 而不是auto 会出错：

main.cpp:15: undefined reference to `call(state<0>)'
collect2.exe: error: ld returned 1 exit status

将{return N;} 添加到friend int call(state<N>) 时，效果很好。 然后把int换回auto，也可以。