使用 SFINAE 进行模板类专业化

Question

假设我有这些声明

template<typename T> class User;
template<typename T> class Data;

并希望为T = Data<some_type> 实现User<> 以及从Data<some_type> 派生的任何类，但也允许在别处定义的其他特化。

如果我还没有类模板 User<> 的声明，我可以简单地

template<typename T,
         typename A= typename std::enable_if<is_Data<T>::value>::type>
class User { /*...*/ };

在哪里

template<template<typename> data>> struct is_Data
{ static const bool value = /* some magic here (not the question) */; };

但是，这有两个模板参数，因此与之前的声明冲突，其中 User<> 仅使用一个模板参数声明。还有什么我可以做的吗？

（注意

template<typename T,
         typename A= typename std::enable_if<is_Data<T>::value>::type>
class User<T> { /*...*/ };

不起作用（默认模板参数不能用于部分特化）， 也没有

template<typename T> class User<Data<T>> { /*...*/ };

因为它不允许派生自 Data<> 的类型，所以也不允许

template<typename T>
class User<typename std::enable_if<is_Data<T>::value,T>::type>
{ /*...*/ };

因为模板参数T 不用于偏特化。）

Answer 1

IF原来的User<>声明可以改编成

template<typename, typename=std::true_type> class User;

然后我们可以找到解决方案（按照 Luc Danton 的评论，而不是使用 std::enable_if）

template<typename>
struct is_Data : std::false_type {};
template<typename T>
struct is_Data<Data<T>> : std::true_type {};

template<typename T>
class User<T, typename is_Data<T>::type >
{ /* ... */ };

但是，这并没有回答原来的问题，因为它需要更改User 的原始定义。我仍在等待更好的答案。这可能最终证明没有其他解决方案是可能的。

Answer 2

既然您说您仍在等待更好的答案，那么这就是我的看法。它并不完美，但我认为它可以让你尽可能地使用 SFINAE 和部分专业化。 （我猜 Concepts 会提供一个完整而优雅的解决方案，但我们将不得不等待更长时间。）

该解决方案依赖于最近才在 C++14 最终版本之后的标准工作草案中指定的别名模板功能，但已被实现支持一段时间。 N4527草案[14.5.7p3]中的相关措辞是：

但是，如果模板 ID 是依赖的，则后续模板参数替换仍适用于模板 ID。 [ 例子：

template<typename...> using void_t = void;
template<typename T> void_t<typename T::foo> f();
f<int>(); // error, int does not have a nested type foo

——结束示例]

这是一个实现这个想法的完整示例：

#include <iostream>
#include <type_traits>
#include <utility>

template<typename> struct User { static void f() { std::cout << "primary\n"; } };

template<typename> struct Data { };
template<typename T, typename U> struct Derived1 : Data<T*> { };
template<typename> struct Derived2 : Data<double> { };
struct DD : Data<int> { };

template<typename T> void take_data(Data<T>&&);

template<typename T, typename = decltype(take_data(std::declval<T>()))> 
using enable_if_data = T;

template<template<typename...> class TT, typename... Ts> 
struct User<enable_if_data<TT<Ts...>>> 
{ 
    static void f() { std::cout << "partial specialization for Data\n"; } 
};

template<typename> struct Other { };
template<typename T> struct User<Other<T>> 
{ 
    static void f() { std::cout << "partial specialization for Other\n"; } 
};

int main()
{
    User<int>::f();
    User<Data<int>>::f();
    User<Derived1<int, long>>::f();
    User<Derived2<char>>::f();
    User<DD>::f();
    User<Other<int>>::f();
}

运行它会打印：

primary
partial specialization for Data
partial specialization for Data
partial specialization for Data
primary
partial specialization for Other

如您所见，有一个问题：DD 没有选择部分特化，而且由于我们声明它的方式，它不能选择。那么，我们为什么不直接说

template<typename T> struct User<enable_if_data<T>> 

并允许它也匹配DD？这实际上在 GCC 中有效，但由于 [14.5.5p8.3, 8.4] 被 Clang 和 MSVC 正确拒绝（[p8.3] 将来可能会消失，因为它是多余的 - CWG 2033）：

• 专业化的参数列表不应与 主模板的隐式参数列表。
• 专业化应比主模板 (14.5.5.2) 更专业化。

User<enable_if_data<T>> 等价于User<T> （模替换到该默认参数，该默认参数是单独处理的，如上面第一个引号所述），因此是一种无效形式的部分特化。不幸的是，匹配DD 之类的东西通常需要T 形式的部分特化参数——它没有其他形式可以具有并且仍然匹配每种情况。所以，恐怕我们可以最终说这部分在给定的约束下是无法解决的。 （有Core issue 1980，它暗示了一些关于模板别名使用的未来可能的规则，但我怀疑它们会让我们的案例有效。）

只要派生自 Data<T> 的类本身是模板特化，使用上述技术进一步约束它们就可以了，所以希望这对您有所帮助。

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编译器支持（这是我测试的，其他版本也可以）：

• Clang 3.3 - 3.6.0，带有-Wall -Wextra -std=c++11 -pedantic - 如上所述。
• GCC 4.7.3 - 4.9.2，相同的选项 - 与上述相同。奇怪的是，GCC 5.1.0 - 5.2.0 不再使用正确版本的代码选择部分特化。这看起来像是一种回归。我没有时间整理一份适当的错误报告；如果你愿意，可以随意做。该问题似乎与使用参数包和模板模板参数有关。无论如何，GCC 接受使用 enable_if_data<T> 的错误版本，因此可以作为临时解决方案。
• MSVC：Visual C++ 2015，带有/W4，按上述方式工作。旧版本不喜欢默认参数中的 decltype，但该技术本身仍然有效 - 用另一种表达约束的方式替换默认参数使其适用于 2013 Update 4。

Answer 3

由于您只想在单个条件为真时实现它，因此最简单的解决方案是使用静态断言。它不需要SFINAE，如果使用不正确会给出明显的编译错误并且不需要修改User<>的声明：

template<typename T> class User {
  static_assert(is_Data<T>::value, "T is not (a subclass of) Data<>");
  /** Implementation. **/
};

另请参阅：When to use static_assert instead of SFINAE?。 static_assert 是一个 c++11 构造，但是对于 c++11 之前的编译器有很多可用的解决方法，例如：

#define STATIC_ASSERT(consdition,name) \
  typedef char[(condition)?1:-1] STATIC_ASSERT_ ## name

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如果user<>的声明可以改变，并且你想要根据is_Data的值的两个实现，那么还有一个不使用SFINAE的解决方案：

template<typename T, bool D=is_Data<T>::value> class User;

template<typename T> class User<T, true> {
  static_assert(is_Data<T>::value, "T is not (a subclass of) Data<>"); // Optional
  /* Data implementation */
};

template<typename T> class User<T, false> {
  static_assert(!is_Data<T>::value, "T is (a subclass of) Data<>"); // Optional
  /* Non-data implementation */
};

静态断言只检查用户是否不小心错误地指定了模板参数D。如果没有明确指定D，则可以省略静态断言。