Microsoft Visual C++ 的两阶段模板实例化究竟是什么“破坏”了？

Question

阅读关于 SO 的问题、cmets 和答案，我一直听说 MSVC 没有正确实现两阶段模板查找/实例化。

据我目前了解，MSVC++ 仅对模板类和函数进行基本语法检查，并没有检查模板中使用的名称是否至少已声明或类似的内容。

这是正确的吗？我错过了什么？

Answer 1

我只是从我的"notebook" 中复制一个示例

int foo(void*);

template<typename T> struct S {
  S() { int i = foo(0); }
  // A standard-compliant compiler is supposed to 
  // resolve the 'foo(0)' call here (i.e. early) and 
  // bind it to 'foo(void*)'
};

void foo(int);

int main() {
  S<int> s;
  // VS2005 will resolve the 'foo(0)' call here (i.e. 
  // late, during instantiation of 'S::S()') and
  // bind it to 'foo(int)', reporting an error in the 
  // initialization of 'i'
}

以上代码应该在标准 C++ 编译器中编译。但是，MSVC（2005 和 2010 Express）会因为两阶段查找的错误实现而报错。

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如果您仔细观察，问题实际上是两层的。从表面上看，微软的编译器无法对非依赖表达式foo(0) 执行早期（第一阶段）查找是一个明显的事实。但它之后所做的并不真正表现为第二个查找阶段的正确实现。

语言规范明确指出，在第二个查找阶段，只有 ADL 命名的命名空间通过在定义点和实例化点之间累积的额外声明进行扩展。同时，非 ADL 查找（即普通的非限定名称查找）不在第二阶段进行扩展 - 它仍然会看到那些并且仅看到在第一阶段可见的那些声明。

这意味着在上面的示例中，编译器也不应该在第二阶段看到void foo(int)。换句话说，MSVC 的行为不能仅仅用“MSVC 将所有查找推迟到第二阶段”来描述。 MSVC 实现的也不是第二阶段的正确实现。

为了更好地说明问题，请考虑以下示例

namespace N {
  struct S {};
}

void bar(void *) {}

template <typename T> void foo(T *t) {
  bar(t);
}

void bar(N::S *s) {}

int main() {
  N::S s;
  foo(&s);
}

请注意，即使模板定义中的bar(t) 调用是在第二个查找阶段解析的相关 表达式，它仍应解析为void bar(void *)。在这种情况下，ADL 不会帮助编译器找到void bar(N::S *s)，而常规的非限定查找不应该在第二阶段得到“扩展”，因此也不应该看到void bar(N::S *s)。

然而，Microsoft 的编译器将调用解析为void bar(N::S *s)。这是不正确的。

问题在 VS2015 中仍然存在。

Answer 2

Clang 项目对两阶段查找有很好的描述，不同的实现差异是什么：http://blog.llvm.org/2009/12/dreaded-two-phase-name-lookup.html

短版：两阶段查找是 C++ 标准定义的模板代码中名称查找行为的名称。基本上，有些名字被定义为依赖（规则有点混乱），这些名字必须在实例化模板时查找，独立的名字解析模板时必须查找。这既难以实现（显然），也让开发人员感到困惑，因此编译器往往不会按照标准实现它。要回答您的问题，Visual C++ 似乎会延迟所有查找，但会同时搜索模板上下文和实例化上下文，因此它接受了许多标准规定不应执行的代码。我不确定它是否不接受它应该的代码，或者更糟的是，它的解释不同，但似乎有可能。

Answer 3

从历史上看，gcc 也没有正确实现两阶段名称查找。显然很难达到，或者至少没有太多的动力......

• gcc 4.7 终于声明了implement it correctly
• CLang 旨在实现它，暴露错误，它在 ToT 上完成，并将进入 3.0

我不知道为什么 VC++ 编写者从不选择正确实现这一点，在 CLang 上实现类似行为（为了微软兼容性）暗示可能有一些 performance gain 来延迟模板的实例化末尾翻译单元（这并不意味着不正确地执行查找，而是使其更加困难）。此外，鉴于正确实现的明显困难，它可能更简单（也更便宜）。

我会注意到 VC++ 首先是一个商业产品。它的驱动力是满足客户的需求。

Answer 4

简短回答

使用 /Za 禁用语言扩展

更长的答案

我最近正在调查这个问题，很惊讶在 VS 2013 下，标准 [temp.dep]p3 中的以下示例会产生错误的结果：

typedef double A;
template<class T> class B {
public:
    typedef int A;
};
template<class T> struct X : B<T> {
public:
    A a;
};

int main()
{
    X<int> x;
    std::cout << "type of a: " << typeid(x.a).name() << std::endl;
}

将打印：

type of a: int

虽然它应该打印double。使 VS 符合标准的解决方案是禁用语言扩展（选项 /Za），现在 x.a 的类型将解析为 double，其他使用基类中的依赖名称的情况也将符合标准。我不确定这是否会启用两阶段查找。

[2019 年 7 月更新] VS 2015 也是如此 - https://rextester.com/YOH81784，但 VS2019 正确显示 double。根据这篇文章Two-phase name lookup support comes to MSVC，自VS 2017以来已修复。

Answer 5

现在 MSVC 已经实现了大部分的两阶段名称查找，我希望这篇博文能够完全回答这个问题：Two-phase name lookup comes to MSVC (VC++ blog)