在模板参数中，哪些规则允许编译器推断数组的项数？

Posted 2023-03-25

【中文标题】在模板参数中，哪些规则允许编译器推断数组的项数？

【英文标题】：In a template argument, what rules allow the compiler to infer the number of items of an array?

【发布时间】：2021-04-13 14:42:24

【问题描述】：

鉴于下面的两个程序——除了模板函数len()的定义之外完全相同：

// ================================
//  a.cc
// ================================
#include <iostream>

template<class T, std::size_t n>
std::size_t len(T (&v)[n])  return n; 

int main()

    int arr[] =  1,2,3 ;

    std::cout << len(arr) << std::endl;

// ================================
//  b.cc
// ================================
#include <iostream>

template<class T, std::size_t n>
std::size_t len(T v[n])  return n; 

int main()

    int arr[] =  1,2,3 ;

    std::cout << len(arr) << std::endl;

使用 g++ 时，第一个程序按预期编译和运行。但第二个不编译。这是诊断：

b.cc: In function ‘int main()’:
b.cc:13:25: error: no matching function for call to ‘len(int [3])’
     std::cout << len(arr) << std::endl;
                         ^
b.cc:7:13: note: candidate: template<class T, long unsigned int n> std::size_t len(T*)
 std::size_t len(T v[n])  return n; 
             ^
b.cc:7:13: note:   template argument deduction/substitution failed:
b.cc:13:25: note:   couldn't deduce template parameter ‘n’
     std::cout << len(arr) << std::endl;

为什么编译器能够在第一种情况下推断出数组中的项目数，而在第二种情况下却不能？是什么使得在 C++11 或 C++17 标准中必须编写 T (&v)[n] 而不是 T v[n]？

【问题讨论】：

我不打算去寻找参考（因为我觉得这是一个相当众所周知的事实），但是函数参数中的T x[N]完全，完全等同于T *x。

... 但T(&x)[N] 不等于T * const (&x) ?!?

不，此规则不适用于递归。它仅适用于数组。 T x[N] 是一个数组，所以它适用于它，T(&x)[N] 是一个引用而不是数组，所以它不适用（对数组的引用，是的，但它的引用无关紧要)。

我想我明白你的意思了。谢谢。

【参考方案1】：

[temp.deduct] [emphasis mine] 涵盖了模板参数推导：

/1 当一个函数模板特化被引用时，所有的 模板参数应该有值。 值可以明确 指定或，在某些情况下，从使用中推断或获得 来自默认模板参数。

/2（...关于显式模板参数列表：此处不相关）

/3 执行完这个替换后，函数参数类型 执行 [dcl.fct] 中描述的调整。 [ 示例：A “void (const int, int[5])”的参数类型变为 “无效（）（int，int）”。 —结束示例] [...]

注意/3中对[dcl.fct]和相关（非规范）示例的引用，显示将值类型数组函数参数int[N]调整为int*，表示非类型模板参数N 不能从传递给值类型数组参数的参数中推导出来（N 在这种情况下无用/被忽略）。

从函数调用中推导模板参数，特别是，[temp.deduct.call] 涵盖；区分您的两个示例的相关部分是[temp.deduct.call]/2.1，它表示如果调用的参数（表示为A）是数组类型，并且参数类型（表示为P）是not 引用类型，指针类型用于类型推导：

/2 如果P 不是引用类型：

(2.1) 如果A是数组类型，则使用数组到指针标准转换产生的指针类型代替A的类型 扣除;否则，[...]

而当P 是引用类型时，如下例所示：

template<class T, std::size_t n>
std::size_t len(T (&v)[n])  return n; 

[temp.deduct.call]/2.1 不适用，并且对于以下以数组为参数调用名为len 的函数

int arr[] =  1,2,3 ;
(void)len(arr);

名称查找将找到函数模板len，随后将使用P 作为T[N]（根据[temp.deduct.call]/3）和A 作为单个函数参数的int[3] 应用模板参数推导的len，推导T到int和N到3，为参数类型P的完整类型推导；根据[temp.deduct.type]/1:

模板参数可以在几种不同的上下文中推导出来，但是 在每种情况下，都是根据模板参数指定的类型 （称为P）与实际类型（称为A）进行比较，然后 尝试查找模板参数值（类型的类型 参数，非类型参数的值，或模板 模板参数），这将使P，在替换后 推导值（称为推导A），兼容A。

即非类型模板参数N是单个函数参数的类型的一部分（类型模板参数T也是如此）。

【参考方案2】：

在这个：

template<class T, std::size_t n>
std::size_t len(T (&v)[n])  return n; 

v 是对T[n] 数组的引用。数组的大小 (n) 是数组类型的一部分。所以n可以从传入的任何固定大小的数组中推导出来。

在这个：

template<class T, std::size_t n>
std::size_t len(T v[n])  return n; 

在函数参数T v[n] 中，n 被忽略，T v[] 只是T *v 的语法糖（您可以在错误消息中看到 - std::size_t len(T*)）。因此，即使传入了一个固定长度的数组，实际上也没有什么可以推断出n。

【参考方案3】：

第一个相当于一个指针。请参阅 dcl.fct（由 temp.deduct 调用，正如@dfrib 的回答所解释的那样）：

函数的类型使用以下规则确定。 ...确定每个参数的类型后，将任何类型为“T”的参数...调整为“指向T”的指针。 ...

这不适用于第二个，因为它是对数组的引用（没有引用数组，但对数组的引用很好）。