如何编写聚合模板别名的推导指南？

Posted 2023-02-18

【中文标题】如何编写聚合模板别名的推导指南？

【英文标题】：How to write deduction guidelines for aliases of aggregate templates?

【发布时间】：2021-03-04 10:56:29

【问题描述】：

使用 C++20，可以为别名模板生成推导指南（参见 https://en.cppreference.com/w/cpp/language/class_template_argument_deduction 的“别名模板推导”部分）。然而，我无法让它们使用聚合初始化语法。在这种情况下，似乎没有生成别名的扣除准则。

看这个例子：

#include <array>

template <size_t N>
using mytype = std::array<int, N>;

// Deduction guideline ???

int main() 
    // mytype error_object = 1, 4, 7; // ERROR
    mytype<3> object = 1, 4, 7; // OK, but I have to manually specify the size.
    return object[0];

我曾尝试编写演绎指南，但每次都会遇到编译器错误。

template <typename T, typename ... U>
mytype(T, U...) -> mytype<1+sizeof...(U)>; // Compiler error

以及我能想到的任何其他准则。

甚至可以自动推导出数组别名的大小吗？

我使用的是 GCC 10.2

【问题讨论】：

从我读到的，别名的演绎指南使用源的演绎指南稍加调整，我看是不允许写别名的演绎指南。

【参考方案1】：

甚至可以自动推导出数组别名的大小吗？

我相信符合标准的实现应该是可能的。您不需要（也不能）添加更多指南。

但是，GCC 实现的a different set of rules 比标准规定的要多：

This implementation differs from [the specification] in two significant ways:

1) We include all template parameters of A, not just some.
2) The added constraint is same_type instead of deducible.

实施者认为“这种简化对于实际使用应该具有相同的效果”。但显然情况并非如此：此实现无法在您的情况和ICEs in some other cases 中工作。

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作为参考，我将尝试遵循标准并展示如何生成mytype 的指南。

我们有这个别名模板声明（别名模板在标准中称为A）：

template <size_t N>
using mytype = std::array<int, N>;

以及来自标准库 ([array.cons]) 的演绎指南：

template<class T, class... U>
array(T, U...) -> array<T, 1 + sizeof...(U)>;

首先，从推导引导（[over.match.class.deduct]/1）生成一个函数模板（标准中称为f）：

template<class T, class... U>
auto f(T, U...) -> array<T, 1 + sizeof...(U)>;

那么，根据[over.match.class.deduct]/2：

f的返回类型的模板参数是由A的defining-type-id根据[temp.deduct.type]中的过程推导出来的，除了如果没有推导出所有模板参数，则推导不会失败。

也就是说，我们从std::array<int, N> 推导出array<T, 1 + sizeof...(U)> 中的模板参数。在这个过程中，T被推导出为int； U 不可推断，因此保持原样。

将推演的结果代入函数模板，得到：

template<class T, class... U>
auto g(int, U...) -> array<int, 1 + sizeof...(U)>;

然后，我们生成一个函数模板f'。 f' 与g 具有相同的返回类型和函数参数类型。 （如果f 有特殊属性，它们会被f' 继承。）但值得注意的是，f' 的模板参数列表由（[over.match.class.deduct]/(2.2)，强调我的）组成：

A的所有模板参数（包括其默认模板参数）出现在上述推导中或（递归地）在其默认模板参数中，后跟f的模板参数没有推导出来的（包括它们的默认模板参数），否则f' 不是函数模板。

由于N没有出现在推导中，所以没有包含在模板参数列表中（这就是GCC与标准不同的地方）。

另外，f' 有一个约束 ([over.match.class.deduct]/(2.3))：

当且仅当A 的参数可以从返回类型中推导出来（见下文）时才满足。

因此，按照标准，生成的函数模板如下：

template<class... U>
  requires deducible<array<int, 1 + sizeof...(U)>>
auto f'(int, U...) -> array<int, 1 + sizeof...(U)>;

显然，根据本指南，大小可以推断为1 + sizeof...(U)。

下一步，让我们看看deducible是如何定义的。

[over.match.class.deduct]/3:

如果给定类模板，则模板A 的参数可以从类型T 推导出来

template <typename> class AA;

具有单个部分特化，其模板参数列表是 A 的模板参数列表，其模板参数列表是 A 的特化模板参数列表 A ([temp.dep.type])，@ 987654365@ 匹配偏特化。

在我们的例子中，部分特化是：

 template <size_t N> class AA<mytype<N>> ;

所以deducible可以声明为：

 template <class T> concept deducible = requires  sizeof(AA<T>); ;

由于N 可以从1 + sizeof...(U) 推导出来，array<int, 1 + sizeof...(U)> 始终是mytype<N>（又名std::arrray<int, N>）的有效匹配项，因此始终满足约束deducible<array<int, 1 + sizeof...(U)>>。

因此，按照标准，生成的指南是可行的，可以推导出大小。

相比之下，GCC 生成：

template<class... U, size_t N>
  requires same_type<array<int, 1 + sizeof...(U)>, mytype<N>>
auto f_(int, U...) -> array<int, 1 + sizeof...(U)>;

...无法推导出N。