作为非类型模板参数的引用

Question

下面的示例尝试使用引用类型的变量作为非类型模板形参（其本身为引用类型）的实参。 Clang、GCC 和 VC++ 都拒绝它。但为什么？我似乎在标准中找不到任何使其非法的内容。

int obj = 42;
int& ref = obj;

template <int& param> class X {};

int main()
{
    X<obj> x1;  // OK
    X<ref> x2;  // error
}

Live example

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CLang 说：

source_file.cpp:9:7: 错误：引用类型“int &”的非类型模板参数不是对象

其他人也以类似的方式抱怨。

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来自标准（所有引用来自 C++11；C++14 的相关部分似乎没有重大变化）：

14.3.2/1 用于非类型、非模板的 template-argument template-parameter 应为以下之一：

...

• 一个常量表达式 (5.19)，它指定具有静态存储持续时间和外部或内部链接的对象的地址...表示（忽略括号）为 &id-expression，除了& ... 如果对应的模板参数是参考，则应省略

...

现在什么是常量表达式：

5.19/2 条件表达式是一个核心常量表达式，除非它涉及以下之一作为潜在评估的子表达式（3.2 )...

...

• 一个id-expression，它引用引用类型的变量或数据成员，除非该引用具有前面的初始化，用常量表达式初始化

...

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据我所知，X<ref> 中的ref 是一个id-expression，它引用了一个引用类型的变量。这个变量有一个前面的初始化，用表达式obj 初始化。我相信obj 是一个常量表达式，无论如何如果不是，那么X<obj> 也不应该编译。

• 那么我错过了什么？
• 标准中的哪个条款使X<ref>无效，而X<obj>有效？

Answer 1

简介

reference 的名称是一个 id-expression 是正确的说法； id-expression 不引用引用所引用的任何内容，而是引用本身。

 int    a = 0;
 int& ref = a; // "ref" is an id-expression, referring to `ref` - not `a`

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标准 (N4140)

您在帖子中引用了标准的相关部分，但您遗漏了最重要的部分（强调我的部分）：

14.3.2p1 模板非类型参数 [temp.arg.nontype]

非类型、非模板的模板参数应为以下之一：

• _...

• 一个常量表达式 (5.19)，它指定一个完整对象的地址，该对象具有静态持续时间和外部或内部链接，或具有外部或内部链接的函数，包括函数模板和函数 template-ids，但不包括非静态类成员，表示（忽略括号）为&id-expression，where id-expression em> 是一个对象或函数的名称，除非& 指的是一个函数或数组，如果是对应的模板参数，则应该省略是参考； _...

^{注意：在早期草稿中“其中 id-expression 是对象或函数的名称” 不存在； DR 1570 解决了这个问题 - 这无疑使意图更加清晰。}

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引用类型的变量不是对象？

你完全正确；引用本身具有引用类型，并且只能在作为表达式的一部分时充当对象。

5p5 表达式 [expr]

如果表达式最初的类型为“引用T”（8.3.2、8.5.3），则在进行任何进一步分析之前将该类型调整为T。表达式指定引用所指的对象或函数，表达式是左值还是x值，具体取决于表达式。

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细化

非常重要的是要注意常量表达式（“表示一个完整对象的地址...”）必须是&id-expression之一，或id-expression。

即使一个constant-expression，不仅仅是一个id-expression，可能引用一个具有静态存储持续时间的对象，我们不能用它来“初始化”一个模板参数的reference-或指针类型。

_示例片段

template<int&>
struct A { };

int            a = 0;
constexpr int& b = (0, a); // ok, constant-expression
A<(0, a)>      c = {};     // ill-formed, `(0, a)` is not an id-expression

^{注意：这也是我们不能使用string-literals作为template-arguments的原因；它们不是 id 表达式。}