使用 std::make_signed_t 时对意外函数模板的概念解析

Question

考虑以下sn-p

#include <type_traits>

template <typename T>
concept unsigned_integral = std::is_integral_v<T> &&std::is_unsigned_v<T>;

template <unsigned_integral T>
auto test(T) -> std::make_signed_t<T>; //(1)
template <typename T>
auto test(T) -> int; //(2)

int sandbox() {
  test(1u); // Call to (1) as expected
  test(1.0); // Expected to call (2), compilers choose (1) and fail to compile
}

MSVC 14.26、GCC-10 和 Clang-10 都无法编译这个，所以我想标准使它成为无效代码，所以这应该被认为是标准的疏忽吗？因为使用 SFINAE，代码按预期编译。

SFINAE 版本（这只适用于 double 案例，因为 unsigned int 案例会有歧义，但这不会影响我提出的问题）

template <typename T, typename = std::enable_if_t<unsigned_integral<T>>>
auto test(T) -> std::make_signed_t<T>;

编辑：显然，这与尾随返回类型无关，因此我已将标题更改为适当的标题。

Answer 1

这是 CWG 2369（很遗憾，尽管多年前已提交，但并未在公开列表中）。我将在这里复制正文：

13.9.2[temp.deduct]第5段模板参数推导的规范规定处理顺序为：

1. 在整个模板参数列表和类型中替换显式指定的模板参数；

2. 从生成的函数签名中推导出模板参数；

3. 检查非依赖参数是否可以从它们的参数中初始化；

4. 将推导出的模板实参代入模板形参列表，尤其是任何需要的默认实参，以形成完整的模板实参列表；

5. 在整个类型中替换生成的模板参数；

6. 检查是否满足相关的约束；

7. 检查剩余的参数是否可以从它们的参数中初始化。

这种排序在概念和 SFINAE 实现之间产生了意想不到的差异。例如：

template <typename T>
struct static_assert_integral {
  static_assert(std::is_integral_v<T>);
  using type = T;
};

struct fun {
  template <typename T,
    typename Requires = std::enable_if_t<std::is_integral_v<T>>>
    typename static_assert_integral<T>::type
  operator()(T) {}
};

这里利用替换顺序保证来防止static_assert_integral<T> 在不满足约束时被实例化。因此，以下断言成立：

static_assert(!std::is_invocable_v<fun, float>);

使用约束编写的此代码版本的行为意外不同：

struct fun {
  template <typename T>
    requires std::is_integral_v<T>
  typename static_assert_integral<T>::type
  operator()(T) {}
};

或

struct fun {
  template <typename T>
  typename static_assert_integral<T>::type
  operator()(T) requires std::is_integral_v<T> {}
};

static_assert(!std::is_invocable_v<fun, float>); // error: static assertion failed: std::is_integral_v<T> 

也许第 5 步和第 6 步应该互换。

这基本上与 OP 中的示例匹配。您认为您的约束阻止了 make_signed_t 的实例化（这需要一个整数类型），但实际上在检查约束之前它已被替换。

方向似乎是将上述步骤的顺序更改为 [1, 2, 4, 6, 3, 5, 7]，这将使 OP 示例有效（一旦我们将 (1) 从考虑中删除在替换为make_signed_t) 之前使相关约束失效，这肯定是针对 C++20 的缺陷。但这还没有发生。

在那之前，您最好的选择可能是制作一个对 SFINAE 友好的 make_signed 版本：

template <typename T> struct my_make_signed { };
template <std::integral T> struct my_make_signed<T> { using type = std::make_signed_t<T>; };
template <typename T> using my_make_signed_t = /* no typename necessary */ my_make_signed<T>::type;

Answer 2

根据[meta]、make_signed 要求模板参数是整数类型：

要求：T 是除 cv bool 以外的整数或枚举类型。

所以make_signed 对 SFINAE 不友好。

在模板参数替换后执行约束完成检查。模板参数替换发生在建立重载候选集和约束完成检查时，确定哪些重载候选是可行的。

以你的情况为例：

1. 编译器建立重载候选集，这里不检查约束。那么编译器要使用的就等价于：

   template <class T>
   auto test(T) -> std::make_signed_t<T>; //(1)
   template <typename T>
   auto test(T) -> int; //(2)
   

编译器将T 推导出为double，它将T 替换为make_signed_t => 错误：在test 声明的直接上下文中不会发生替换失败。

编译器在此停止，编译未达到选择可行候选者的第二步，其中将检查约束。