协变返回类型无法识别

Question

出于某种原因，最新版本的 GCC 和 clang 在这种特定情况下都不能识别返回类型协方差。错误信息具有误导性：

error: return type of virtual function 'foo' is not covariant with the return
     type of the function it overrides ('derived *' is not derived from 'base *')

代码如下：

class base
{
private:
  virtual base * foo() = 0;
};

template< class T >
class foo_default_impl : public virtual base
{
private:
  T * foo() override { return nullptr; }
};

class derived : public virtual base, private foo_default_impl< derived >
{
};

int main() {
  derived d{}; // error: return type of virtual function 'foo' is not covariant with the return type of the function it overrides ('derived *' is not derived from 'base *')
  return 0;
}

Answer 1

事情就是这样。虽然在我们看来，编译器似乎知道它需要知道的关于所讨论类型的一切，但标准却另有规定。

[temp.arg.type/2]

... [ 注意：模板类型参数可能是不完整的类型。 — 尾注 ]

[basic.types/5]

已声明但未定义的类，枚举类型 某些上下文（[dcl.enum]），或未知边界的数组或 不完整的元素类型，是不完整定义的对象类型.46 未完全定义的对象类型和 cv void 是不完全类型 （[基本.基础]）。对象不应被定义为具有 类型不完整。

[class/2]

一个类名被插入到声明它的作用域中 在看到类名之后立即。类名也是 插入到类本身的范围内；这被称为 注入类名。出于访问检查的目的， injection-class-name 被视为公共成员名称。一种 类说明符通常称为类定义。 一类 被认为是在其类说明符的右大括号之后定义的 已经看到，尽管它的成员函数一般还没有 定义。可选的属性说明符序列属于类； 属性说明符序列中的属性在其后 命名时考虑类的属性。

粗体文本描绘了所讨论的编译器将类型参数 T 视为不完整对象类型的简单图景。就好像你只转发声明它，像这样：

class derived;

他们无法推断此前向声明是派生自base 的类。所以他们不能接受它作为foo_default_impl 上下文中的协变返回类型。就像 @marcinj in the comments 指出的那样：

[class.virtual/8]

如果 D​::​f 的协变返回类型中的类类型不同于 B​::​f 的返回类型中的类类型 D​::​f 应为 在声明 D​::​f 时完成或应为类 D型。

由于T 既不完整，也不是foo_default_impl<T> 本身，所以它不能是协变返回类型。