为什么模板实例化在这里永远存在？答案

【问题标题】：Why template instantiations go on forever here?为什么模板实例化在这里永远存在？
【发布时间】：2016-08-05 07:10:43
【问题描述】：

在下面的代码中，我要替换

template <typename T, typename... Args>
auto check (rank<1,T>, Args... args) const
        -> std::enable_if_t<!has_argument_type<T, Args...>(), decltype(check(rank<2, Ts...>{}, args...))> {
    return check(rank<2, Ts...>{}, args...);  // Since rank<1,T> derives immediately from rank<2, Ts...>.
}

template <typename T, typename... Args>
auto check (rank<2,T>, Args... args) const
        -> std::enable_if_t<!has_argument_type<T, Args...>(), decltype(check(rank<3, Ts...>{}, args...))> {
    return check(rank<3, Ts...>{}, args...);  // Since rank<2,T> derives immediately from rank<3, Ts...>.
}
// etc... until rank<9>.

简单

template <std::size_t N, typename T, typename... Args>
auto check (rank<N,T>, Args... args) const
        -> std::enable_if_t<!has_argument_type<T, Args...>(), decltype(check(rank<N+1, Ts...>{}, args...))> {
    return check(rank<N+1, Ts...>{}, args...);  // Since rank<N,T> derives immediately from rank<N+1, Ts...>.
}

template <typename T, typename... Args>
auto check (rank<10, T>, Args... args) const { std::cout << "Nothing found.\n"; }

但是当我这样做时，尽管终止了 check(rank<10, T>, Args... args) 函数，但模板实例化会永远持续下去。这是使用上述长版本的完整代码。很抱歉没有将问题最小化，因为我认为我无法将其最小化并显示问题所在。跳转到 main() 将向您展示我所追求的简单任务，但我想使用序列排名和重载解决方案来解决它。

#include <iostream>
#include <type_traits>
#include <tuple>

template <typename T, typename... Args>
constexpr auto has_argument_type_impl(int)
    -> decltype(std::is_same<typename T::argument_type, std::tuple<Args...>>{});  // Checking both that T::argument_type exists and that it is the same as std::tuple<Args...>.

template <typename T, typename... Args>
constexpr auto has_argument_type_impl(long) -> std::false_type;

template <typename T, typename... Args>
constexpr bool has_argument_type() { return decltype(has_argument_type_impl<T, Args...>(0))::value; }

template <typename T, std::size_t N, typename... Args>
constexpr auto has_argument_type_n_impl(int)
    -> decltype(std::is_same<typename T::template argument_type<N>, std::tuple<Args...>>{});  // Checking both that T::argument_type<N> exists and that it is the same as std::tuple<Args...>.

template <typename T, std::size_t N, typename... Args>
constexpr auto has_argument_type_n_impl(long) -> std::false_type;

template <typename T, std::size_t N, typename... Args>
constexpr bool has_argument_type_n() { return decltype(has_argument_type_n_impl<T, N, Args...>(0))::value; }

template <typename... Ts>
class Factory {
    template <std::size_t, typename...> struct rank;

    template <std::size_t N, typename First, typename... Rest>
    struct rank<N, First, Rest...> : rank<N, Rest...> {};

    template <std::size_t N, typename T> struct rank<N,T> : rank<N+1, Ts...> {};

    template <typename T> struct rank<10, T> {};  // Need to end the instantiations somewhere.
public:
    template <typename... Args>
    decltype(auto) create (Args... args) const {
        return check(rank<0, Ts...>{}, args...);
    }
private:
    template <typename T, typename... Rest, typename... Args>
    auto check (rank<0, T, Rest...>, Args... args) const
            -> std::enable_if_t<has_argument_type<T, Args...>(), decltype(T(args...))> {
        return T(args...);
    }

    template <typename T, typename... Rest, typename... Args>
    auto check (rank<0, T, Rest...>, Args... args) const
            -> std::enable_if_t<!has_argument_type<T, Args...>(), decltype(check(rank<0, Rest...>{}, args...))> {
        return check(rank<0, Rest...>{}, args...);
    }

    template <typename T, typename... Args>
    auto check (rank<0,T>, Args... args) const
            -> std::enable_if_t<!has_argument_type<T, Args...>(), decltype(check(rank<1, Ts...>{}, args...))> {
        return check(rank<1, Ts...>{}, args...);  // Since rank<0,T> derives immediately from rank<1, Ts...>.
    }

    template <std::size_t N, typename T, typename... Rest, typename... Args>
    auto check (rank<N, T, Rest...>, Args... args) const
            -> std::enable_if_t<has_argument_type_n<T, N-1, Args...>(), decltype(T(args...))> {
        return T(args...);
    }

    template <std::size_t N, typename T, typename... Rest, typename... Args>
    auto check (rank<N, T, Rest...>, Args... args) const
            -> std::enable_if_t<!has_argument_type_n<T, N-1, Args...>(), decltype(check(rank<N, Rest...>{}, args...))> {
        return check(rank<N, Rest...>{}, args...);
    }

//  I want to use the following instead of what's below it.
//  template <std::size_t N, typename T, typename... Args>
//  auto check (rank<N,T>, Args... args) const
//          -> std::enable_if_t<!has_argument_type_n<T, N-1, Args...>(), decltype(check(rank<N+1, Ts...>{}, args...))> {
//      return check(rank<N+1, Ts...>{}, args...);  // Since rank<N,T> derives immediately from rank<N+1, Ts...>.
//  }
//
//  template <typename T, typename... Args>
//  auto check (rank<10, T>, Args... args) const { std::cout << "Nothing found.\n"; }

    template <typename T, typename... Args>
    auto check (rank<1,T>, Args... args) const
            -> std::enable_if_t<!has_argument_type_n<T, 0, Args...>(), decltype(check(rank<2, Ts...>{}, args...))> {
        return check(rank<2, Ts...>{}, args...);  // Since rank<1,T> derives immediately from rank<2, Ts...>.
    }

    template <typename T, typename... Args>
    auto check (rank<2,T>, Args... args) const
            -> std::enable_if_t<!has_argument_type_n<T, 1, Args...>(), decltype(check(rank<3, Ts...>{}, args...))> {
        return check(rank<3, Ts...>{}, args...);  // Since rank<2,T> derives immediately from rank<3, Ts...>.
    }
    // etc... until rank<9>.
};

// Testing
struct Object {
    template <std::size_t, typename = void> struct ArgumentType;
    template <typename T> struct ArgumentType<0,T> { using type = std::tuple<int, bool, char, double>; };
    template <typename T> struct ArgumentType<1,T> { using type = std::tuple<bool, char, double>; };
    template <std::size_t N> using argument_type = typename ArgumentType<N>::type;

    Object (int, bool, char, double) { print(); }
    Object (bool, char, double) { print(); }
    void print() const { std::cout << "Object\n"; }
};

struct Thing {
    template <std::size_t, typename = void> struct ArgumentType;
    template <typename T> struct ArgumentType<0,T> { using type = std::tuple<int, int, char>; };
    template <typename T> struct ArgumentType<1,T> { using type = std::tuple<int, char>; };
    template <typename T> struct ArgumentType<2,T> { using type = std::tuple<char>; };
    template <std::size_t N> using argument_type = typename ArgumentType<N>::type;

    Thing (int, int, char) { print(); }
    Thing (int, char) { print(); }
    Thing (char) { print(); }
    void print() const { std::cout << "Thing\n"; }
};

struct Blob {
    using argument_type = std::tuple<int, double>;

    Blob (int, double) { print(); }
    void print() const { std::cout << "Blob\n"; }
};

struct Widget {
    using argument_type = std::tuple<int>;
    Widget (double, double, int, double) { print(); }
    Widget (int) { print(); }
    void print() const { std::cout << "Widget\n"; }
};

int main() {
    Factory<Blob, Object, Thing, Widget>().create(4,3.5);  // Blob
    Factory<Object, Blob, Widget, Thing>().create(2);  // Widget
    Factory<Object, Thing, Blob, Widget>().create(5);  // Widget
    Factory<Blob, Object, Thing, Widget>().create(4,true,'a',7.5);  // Object
    Factory<Blob, Thing, Object, Widget>().create(true,'a',7.5);  // Object
    Factory<Blob, Object, Thing, Widget>().create('a');  // Thing
}

我知道还有其他方法可以做到这一点，但我试图更好地理解序列排名，并想知道为什么我不能使用注释掉的部分。如何避免我需要输入的重复代码（到rank<9>，甚至更高级别）当前使该代码工作？感谢您的耐心等待。

注意：我实际上不能像目前那样手动输入代码的重复部分。因为在check 重载中使用的rank<N, Ts...> 的最高N 值将在编译时确定为最高N 值，因此argument_type<N> 成员类型存在于所有Ts... 中。因此，我必须使用我注释掉的通用部分，并且我正在使用的rank<10,T> 必须将 10 替换为那个特定的 N 值。因此，这不仅仅是方便的问题。我必须解决这个问题才能继续开发程序。

编辑：这是一个更简单的例子，显示了同样的问题：

#include <iostream>
#include <type_traits>
#include <tuple>

template <typename T>
constexpr auto has_argument_type_impl(int)
    -> decltype(typename T::argument_type{}, std::true_type{});

template <typename T>
constexpr auto has_argument_type_impl(long) -> std::false_type;

template <typename T>
constexpr bool has_argument_type() { return decltype(has_argument_type_impl<T>(0))::value; }

template <typename... Ts>
class Factory {
    template <std::size_t, typename...> struct rank;

    template <std::size_t N, typename First, typename... Rest>
    struct rank<N, First, Rest...> : rank<N, Rest...> {};

    template <std::size_t N, typename T> struct rank<N,T> : rank<N+1, Ts...> {};

    template <typename T> struct rank<10, T> {};  // Need to end the instantiations somewhere.
public:
    template <typename... Args>
    decltype(auto) create (Args... args) const {
        return check(rank<0, Ts...>{}, args...);
    }
private:
    template <std::size_t N, typename T, typename... Rest, typename... Args>
    auto check (rank<N, T, Rest...>, Args... args) const
            -> std::enable_if_t<has_argument_type<T>(), decltype(T(args...))> {
        return T(args...);
    }

    template <std::size_t N, typename T, typename... Rest, typename... Args>
    auto check (rank<N, T, Rest...>, Args... args) const
            -> std::enable_if_t<!has_argument_type<T>(), decltype(check(rank<N, Rest...>{}, args...))> {
        return check(rank<N, Rest...>{}, args...);
    }

    template <typename T, typename... Args>
    auto check (rank<0,T>, Args... args) const
            -> std::enable_if_t<!has_argument_type<T>(), decltype(check(rank<1, Ts...>{}, args...))> {
        return check(rank<1, Ts...>{}, args...);  // Since rank<0,T> derives immediately from rank<1, Ts...>.
    }

//  I want to use the following instead of what's below it.
//  template <std::size_t N, typename T, typename... Args>
//  auto check (rank<N,T>, Args... args) const
//          -> std::enable_if_t<!has_argument_type<T>(), decltype(check(rank<N+1, Ts...>{}, args...))> {
//      return check(rank<N+1, Ts...>{}, args...);  // Since rank<N,T> derives immediately from rank<N+1, Ts...>.
//  }
//
//  template <typename T, typename... Args>
//  auto check (rank<10, T>, Args... args) const { std::cout << "Nothing found.\n"; }

    template <typename T, typename... Args>
    auto check (rank<1,T>, Args... args) const
            -> std::enable_if_t<!has_argument_type<T>(), decltype(check(rank<2, Ts...>{}, args...))> {
        return check(rank<2, Ts...>{}, args...);  // Since rank<1,T> derives immediately from rank<2, Ts...>.
    }

    template <typename T, typename... Args>
    auto check (rank<2,T>, Args... args) const
            -> std::enable_if_t<!has_argument_type<T>(), decltype(check(rank<3, Ts...>{}, args...))> {
        return check(rank<3, Ts...>{}, args...);  // Since rank<2,T> derives immediately from rank<3, Ts...>.
    }
    // etc... until rank<9>.
};

// Testing
struct Object {};
struct Thing {};

struct Blob {
    using argument_type = std::tuple<int, double>;
    Blob (int, double) { std::cout << "Blob\n"; }
};

int main() {
    Factory<Object, Thing, Blob>().create(4,3.5);  // Blob
}

【问题讨论】：

你能提供一些实际编译的东西吗？我不知道你的代码应该做什么。
@Brian 代码在 GCC 5.3 上编译。如果您查看 main()，我只是在使用工厂类创建对象。根据类的argument_type<N> 成员类型对要创建的内容进行排名。我只是问如何缩短代码的重复部分（注释掉的部分是我想要使用的，但不明白为什么它不起作用）。
您的check (rank<10, T>, 函数真的什么都不返回，还是您只是将实际代码替换为cout<<... 以进行调试？
@VolkerK 真的只是为了终止实例化。这种超载可能永远不会达到。但即使它没有返回任何内容，它也不应该影响 main() 中的测试，因为我没有将创建的对象存储在此测试中的任何位置。在生产代码中，我可能会返回一个nonesuch{} 对象。
请发帖minimal reproducible example。在您的代码中至少发现了一个不相关的错字。删除不会导致错误消失的所有内容。我的意思是一切。如果你把它从class 中取出来，问题是否仍然存在并且你无法解释它？好吧，把它带出课堂。如果您删除 Args... 并将 enable_if_t 更改为更简单的名称，它还会发生吗？然后摆脱它们。它需要 10 个，还是 1 个就足够了？那就做吧 1、是否需要看似无关的模板代码的页面？删除它，没有它就会导致错误。

标签： c++ templates c++11 variadic-templates sfinae

【解决方案1】：

部分排序直到重载解决过程的后期才开始。

忽略各种check 重载中的所有乒乓，最终你会得到

template <std::size_t N, typename T, typename... Args>
auto check (rank<N,T>, Args... args) const
      -> std::enable_if_t<!has_argument_type_n<T, N, Args...>(), 
                          decltype(check(rank<N+1, Ts...>{}, args...))>;

template <typename T, typename... Args>
auto check (rank<10, T>, Args... args) const;

使用rank<10, something I frankly don't care about>。 both 重载都会进行减法和代换；作为替换到第一个签名的返回类型的一部分，您将实例化rank<11, Ts...>，这反过来又绕过了rank 的终止特化，从而导致模板实例化的无限链。您甚至没有达到偏序决胜局选择第二个重载的地步。

只需将第一个重载限制为N < 10。它需要在返回类型之前在词法上（这样当N >= 10 编译器不会尝试替换它），所以把它放在一个默认的模板参数中。

【讨论】：