在成员变量中使用模板类作为模板模板参数时出错

Posted 2023-02-17

【中文标题】在成员变量中使用模板类作为模板模板参数时出错

【英文标题】：Error when using template class as template template-parameter in member variable

【发布时间】：2016-01-17 02:02:25

【问题描述】：

我在我的 C++ 项目中使用模板，但在使用模板类型作为模板模板参数时遇到了问题。我认为描述它的最好方法是举一个产生错误的例子：

template <template<class> class P, typename T>
class Foo 
    P<T> baz;
;

template <class T>
class Bar 
    Foo<Bar, T> memberFoo;

    void makeFoo() 
        Foo<Bar, T>* f = new Foo<Bar, T>();
    
;

Foo<Bar, int> globalFoo;

globalFoo 的声明不会导致错误，但memberFoo 和f 的声明会导致编译器错误：

错误：模板模板参数的模板参数必须是类模板 或输入别名模板

只有在 Bar 类的声明中使用 Bar 作为模板参数时才会发生该错误，但同时使用 clang 和 g++ 都会发生该错误。这似乎会记录在某处，但谷歌搜索不会产生 SO 问题或其他文档。

在 C++ 中这种使用模板是不合法的，还是我对如何定义和使用模板有误解？如果 C++11 标准不允许这种设计架构，我可以使用什么解决方法？

【问题讨论】：

我认为问题在于，在Bar 的定义中，纯名称Bar 指的是this 专业化——即Bar<T>——而不是模板作为一个整体。一种解决方法：在Bar 定义的顶部添加template <typename U> using Bar2 = Bar<U>;，并在需要引用非专业模板的地方使用Bar2 代替Bar。

这似乎是递归的。 Bar 有一个 Foo 成员，但是 Foo 是模板化的，因此它具有与它所属的类完全相同的 Bar 成员。所以 Bar 包含自己，这是不允许的。我认为，特定错误是由于在定义期间尝试使用 Bar 作为模板模板参数而没有前向声明引起的。

【参考方案1】：

问题是在实例化时产生了不完整的类型。 Clang 和 G++ 产生不同的错误，因为 Clang（显然）没有实现 C++11 规则，即注入的类名在用作模板模板参数时可以引用类模板本身（顺便说一句，Igor 的建议不起作用。）将Bar 更改为::Bar 可修复此错误，这使 Clang 像 G++ 一样指出不完整的错误。将baz 更改为P<T>* 允许它编译。

注意即使它编译，它也可能是未定义的行为。我建议重新设计你的课程。

【参考方案2】：

根据@Igor 的评论，我已经为这个问题找到了一些解决方法。是基于以下事实：引用 Bar 在其声明中指的是 Bar 的这种特化（引用@Igor）。

请注意，所有这些变通方法都依赖于 baz 可以声明为指针这一事实。 baz 不是指针会导致 @Nir 在 cmets 中提到的递归问题并导致错误：

字段的类型不完整 'Foo, int>'

解决方法 1

添加Bar 的前向声明并创建模板别名Bar2。要编译，baz 必须是一个指针：

template <template <typename> class P, typename T>
class Foo 
    P<T>* baz;
;

template<typename T> class Bar;
template <typename U> using Bar2 = Bar<U>;

template <class T>
class Bar 
    Foo<Bar2, T> memberFoo;

    void makeFoo() 
        Foo<Bar2, T>* f = new Foo<Bar2, T>();
    
;

Foo<Bar, int> globalFoo;

模板别名的前向声明和使用会强制编译器在定义memberFoo 和f 时使用非专门版本的Bar，而在globalFoo 的定义中默认使用非专门版本。

解决方法 2

此解决方法基于@user5800314 的回答。我觉得没有必要重新说明他的解决方法，但我确实觉得值得注意的是它起作用的原因。

我已经阅读了关于注入类名和 C++11 的 similar SO question，但这里的重要区别是我的代码不能在 g++ 上编译，而他们的代码可以。我不认为这个问题是缺乏注入类名的实现。我相信这个变通方法修复了编译错误，因为使用::Bar 而不是Bar 再次强制编译器访问Bar 的全局（非专业）版本而不是访问Bar 的本地（专业）版本。

解决方法 3

将Foo 指定为具有类（或类型名）模板参数而不是模板模板参数，并明确说明在使用Foo 模板时使用的特化。这也要求baz 是一个指针，并且它不使用模板类型：

template <class P, typename T>
class Foo 
    P* baz;
;

template <class T>
class Bar 
    Foo<Bar, T> memberFoo;

    void makeFoo() 
        Foo<Bar, T>* f = new Foo<Bar, T>();
    
;

Foo<Bar<int>, int> globalFoo;

此解决方法通过要求为Foo 模板提供特定类来解决模板模板参数的潜在混淆。这种解决方法在某些情况下可能不可用，但在其他情况下可能是一个优雅的解决方案。例如，在我的例子中，我不需要从Bar 之外实例化Foo 的实例，所以这是解决编译错误的好方法。

P.S.我真的很想感谢@user5800314，因为他的解决方法确实工作，但是我在这里提供了不同的解释，因为我在这里提供的解释是我相信是正确的，我觉得我不能将@user5800314 的答案标记为已接受。

【讨论】：

您发布的一些解决方法确实很奇怪。我认为这是一种 X-Y 情况，您最好尝试告诉人们您正在尝试做什么。我的意思是，您是否正在尝试编写递归数据结构？数据结构具有指向其类的其他实例的指针是不寻常的，而且很少是一个好主意（在 C++ 中）。

我只是分享我发现的让这个类结构工作的东西。我在各个模块之间传递数据（这里由Bar 类表示。他们必须知道它们连接到哪些其他模块，并且连接由Foo 类描述。有没有更好的方法来描述模块以及他们使用 C++ 的连接？