功能模板和缩写功能模板之间的等价关系

Question

_{以下所有标准引用均指current ISO Standard Working Draft，生成于 2020-06-22。}

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[dcl.fct]/18 声明[摘录，强调我的]：

缩写函数模板是一种具有一个或多个通用参数类型占位符 ([dcl.spec.auto]) 的函数声明。 缩写函数模板等价于函数模板 ([temp.fct])，其template-parameter-list 包含一种发明类型template-parameter 对于函数声明的每个泛型参数类型占位符，按出现顺序。 [...]

使得以下函数声明是等价的：

template <typename T>
void f(T);

void f(auto);  // re-declaration

然而，我们可能会注意到，[dcl.fct]/18 的例子表明

[...]

这些声明与以下声明功能等效（但不等效）。

[...]

这可能（我不确定如何解释）与前面段落中的等价陈述相冲突。

现在，GCC 10.1.0 和 Clang 10.0.0（以及 GCC:HEAD 和 Clang:HEAD）在这里都有一些混合行为。如果我们声明一个函数模板，然后使用混合的经典函数模板语法和缩写函数模板语法来定义它（/重新声明它），Clang 接受大多数情况（定义先前声明的函数）而 GCC 拒绝所有情况（参见) 重新声明为单独声明的函数，随后在重载解析中出现歧义失败）：

// A1: Clang OK, GCC error
template <typename T>
void a(T);

void a(auto) {}

// B1: Clang OK, GCC error
void b(auto);

template <typename T>
void b(T) {}

// C1: Clang OK, GCC error
template <typename T, typename U>
void c(T, U);

void c(auto, auto) {}

// D1: Clang OK, GCC error
template <typename T, typename U>
void d(T, U);

template <typename T>
void d(T, auto) {}

// E1: Clang error, GCC error
template <typename T>
void e(T, auto);

template <typename T>
void e(auto, T) {}

int main() {
    a(0);      // Clang OK, GCC error.
    b(0);      // Clang OK, GCC error.
    c(0, '0'); // Clang OK, GCC error.
    d(0, '0'); // Clang OK, GCC error.
    e(0, '0'); // Clang error, GCC error.
}

奇怪的是，如果我们将函数模板设为类成员函数模板，GCC 和 Clang 都接受 A1 到 D1 的情况，但都拒绝最后的情况 E1以上：

// A2: OK
struct Sa {
    template <typename T>
    void a(T);
};

void Sa::a(auto) {}

// B2: OK
struct Sb {
    void b(auto);
};

template <typename T>
void Sb::b(T) {}

// C2: OK
struct Sc {
    template <typename T, typename U>
    void c(T, U);
};

void Sc::c(auto, auto) {}

// D2: OK
struct Sd {
    template <typename T, typename U>
    void d(T, U);
};

template <typename T>
void Sd::d(T, auto) {}

// E2: Error
struct Se {
   template <typename T>
   void e(T, auto);
};

template <typename T>
void Se::e(auto, T) {}

带有以下错误消息：

GCC

error: no declaration matches 'void Se::e(auto:7, T)'

note: candidate is: 
  'template<class T, class auto:6> void Se::e(T, auto:6)'

叮当

error: out-of-line definition of 'e' does not match 
any declaration in 'Se'

现在，类型模板参数的 name 不需要与函数模板的重新声明（或定义）保持一致，只需命名泛型类型占位符即可。

GCC 的错误消息特别有趣，暗示发明的类型模板参数被视为具体类型而不是泛型类型占位符。

问题：

• 对于从 A1 到 D1 的案例（分别为拒绝和接受），GCC 和 Clang 中哪一个是正确的？ GCC 和 Clang 拒绝上述情况 E2 是否正确？ （工作草案的）哪些标准段落明确支持它们？

Answer 1

这个：

template <typename T>
void e(T, auto);

翻译成这样：

template<typename T, typename U>
void e(T, U);

相比之下，这个：

template <typename T>
void e(auto, T) {}

翻译为：

template <typename T, typename U>
void e(U, T) {}

记住abbreviated function template parameters are placed at the end of the template parameter list。因此，由于颠倒了模板参数的顺序，它们并没有声明相同的模板。第一个声明一个模板，第二个声明并定义一个不同的模板。

您不会因此而得到编译错误，因为第二个定义也是一个声明。但是，当您使用类成员时，成员外定义不是声明。因此，它们必须具有匹配的成员内声明。他们没有；因此出现错误。

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至于其他，“功能等效（但不等效）”文本是非规范性符号。您引用的实际规范性文本明确指出这些是“等效的”，而不仅仅是“功能等效”。而且由于术语“等效”，根据[temp.over.link]/7，用于匹配声明和定义，在我看来，标准规定 A 到 D 的情况很好。

奇怪的是这个非规范文本是introduced by the same proposal that introduced the normative text。但是，建议它从seems clear that it means "equivalent", not "functionally equivalent" 继承ConceptName auto 语法。

因此，就规范性文本而言，一切似乎都很清楚。但非规范性矛盾的存在表明存在编辑问题或规范中的实际缺陷。

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虽然标准本身在措辞上是明确的并且在规范上是合理的，但这似乎不是标准作者的意图。

P0717 引入了“功能等效”的概念，以区别于“等效”。该提议被接受。但是，P0717 是在采用 C++20 的概念 TS 的早期引入的。在该提案中，它特别谈到了简洁的模板语法，并且 EWG 明确投票赞成采用“功能等效”的措辞，而不是 Concepts TS 的“等效”措辞。

也就是说，P0717 明确表示委员会打算要求用户使用一致的语法。

但是，Concepts TS 中的简洁模板语法已从 C++20 中删除（或者更确切地说，从未真正添加）。这意味着任何“功能等效”的措辞都从未出现过，因为该功能从未出现过。

然后发生了 P1141，它添加了缩写模板语法，涵盖了 Concepts TS 简洁模板语法的大部分基础。但是，尽管 P0717 的作者之一是 P1141 的作者，但显然有人在措辞上犯了错误，没有人注意到它。这可以解释为什么非规范性文本指出缺乏真正的对等：因为这实际上是委员会的意图。

所以这很可能是规范文本中的错误。