通过 typedef 强制模板实例化：g++ 成功，Visual C++ 失败

Question

我想强制模板实例化。
以下代码在 g++ (http://coliru.stacked-crooked.com/a/33986d0e0d320ad4) 上工作 (打印 1)。
但是，它在 Visual C++ (https://rextester.com/WGQG68063) 上打印错误的结果 (0)。

#include <iostream>
#include <string>
template <int& T>struct NonTypeParameter { };

//internal implementation
int lala=0;
template <typename T> struct Holder{
    static int init;
};
template <typename T> int Holder<T>::init = lala++;

//tool for user 
template <typename T> struct InitCRTP{ 
    using dummy=NonTypeParameter<Holder<T>::init>;
};

class WantInit : public InitCRTP<WantInit>{};//user register easily
int main(){
    std::cout << lala << std::endl;
}

它是 Visual C++ 编译器的错误，还是一种未定义的行为？
如果是 Visual C++ 错误，如何解决它（同时仍然保持美观）？

编辑：按照 Max Langhof（和许多人）的建议更改类 -> 结构。谢谢。

赏金原因

通过 StoryTeller 和 Maxim Egorushkin 的相反解决方案以及他们的深入讨论（谢谢！），这听起来像是 C++ 规则的模糊区域。

如果是 Visual C++ 错误，我希望问题足够确定以报告。

此外，我仍然希望有一个很好的解决方法，因为这种技术对于自定义类型 ID 生成非常有用。显式实例化不是那么方便。

注意：我将赏金授予Kaenbyou Rin，因为对我来说，这很容易理解。
这并不意味着其余的答案不太正确或不太有用。
我仍然不确定哪个是正确的。读者应谨慎行事。
为了安全起见，我假设我只是不能使用该功能（目前）。感谢大家。

Answer 1

肯定存在编译器错误。我们可以通过更改InitCRTP 来验证它：

template <typename T, typename = NonTypeParameter<Holder<T>::init>>
struct InitCRTP {
};

现在引用任何InitCRTP<T> 特化必须使用Holder<T>::init 来确定第二个模板参数。这反过来又会强制实例化Holder<T>::init，而VS doesn't instantiate that。

一般来说，使用 CRTP 类作为基础应该已经实例化了类内的所有声明，包括 dummy 的声明。所以这也应该有效。

我们可以进一步验证。当用作基类时，成员函数的声明与类一起实例化：

template <typename T> struct InitCRTP{
    using dummy=NonTypeParameter<Holder<T>::init>;
    void dummy2(dummy);
};

不过，VC++ is stubborn。鉴于所有这些，以及 Clang 和 GCC 所表现出的行为，这是一个 VC++ 错误。

Answer 2

class WantInit : public InitCRTP<WantInit> 既不实例化InitCRTP<WantInit>::dummy，也不实例化Holder<WantInit>::init，因为程序中实际上使用的东西没有引用它们。您代码中的隐式实例化链不需要实例化Holder<T>::init，请参阅implicit instantiation：

这适用于类模板的成员：除非在程序中使用该成员，否则它不会被实例化，并且不需要定义。

解决方法是使用explicit template instantiation:

template struct Holder<void>;

这会导致 Holder<void> 与其所有非模板成员一起被实例化。

或者，您可以只实例化 Holder<T>::init 成员，例如：

static_cast<void>(Holder<void>::init);

---

IMO、gcc 和 clang 过于渴望实例化未引用的事物。这种行为不会破坏或拒绝有效代码，因此这几乎不是错误，但依赖于这种特定行为的副作用是脆弱且不可移植的。

Answer 3

让我们尝试绝对 ODR-使用 init 成员。

#include <iostream>
#include <string>

int lala=0;
template <typename T> struct Holder{
    static int init;
};
template <typename T> int Holder<T>::init = lala++;

template <typename T> struct InitCRTP{
    InitCRTP() { (void)Holder<T>::init; }
};

class WantInit : public InitCRTP<WantInit>{};
int main(){
    std::cout << lala << std::endl;
    // WantInit w;  <---------------------------- look here
}

现在，如果注释掉的行未注释，程序的结果会发生变化。恕我直言，任何东西的模板实例化状态或 ODR 使用状态不可能取决于是否调用了某些非模板函数（在这种情况下为 WantInit 构造函数）。我会说有一种相当强烈的臭虫气味。

Answer 4

我相信@MaximEgorushkin 关于dummy 没有真正实例化这一事实是正确的。

dummy被声明了（因为它是一个类型别名declaration），为了声明这个别名，NonTypeParameter<Holder<T>::init>被声明了。为了声明NonTypeParameter<Holder<T>::init>，必须声明它的模板参数Holder<T>::init，因此Holder<T>也被声明了。

标准要求在实例化模板类时，定义其删除的成员函数。 [温度规格]

类模板特化的隐式实例化导致：[...]

——已删除成员函数、无作用域成员枚举、成员匿名联合定义的隐式实例化。

并且对void 的引用会导致编译错误。

我们可以用它来测试一个特定的模板是否是特化的。

#include <iostream>
#include <string>
template <int& T, typename U> struct NonTypeParameter { 
    U& f() = delete;
};

//internal implementation
int lala = 0;
template <typename T> struct Holder {
    T& f() = delete;
    static int init;
};
template <typename T> int Holder<T>::init = lala++;

//tool for user 
template <typename T> struct InitCRTP {
    using dummy = NonTypeParameter<Holder<T>::init, void>;
};

class WantInit : public InitCRTP<WantInit> {};//user register easily
int main() {
    std::cout << lala << std::endl;
}

此代码可以编译，因为 NonTypeParameter<Holder<T>::init, void> 仅被声明，未实例化。

但是如果我们把class WantInit : public InitCRTP<WantInit>改成

class WantInit : public InitCRTP<void>

在 MSVC、g++ 和 clang 中编译失败。

这是因为NonTypeParameter<Holder<void>::init, void>的声明需要Holder<void>的隐式实例化。

OP 遇到的问题完全是由于 MSVC 不知道 Holder<T>::init 被 ODR 使用：

#include <iostream>

template <int& T> struct NonTypeParameter { };

int lala = 0;

template <typename T> struct Holder {
    static int init;
};

template <typename T> int Holder<T>::init = lala++;

int main() {
    NonTypeParameter<Holder<int>::init> odr;
    std::cout << lala << std::endl;
}

MSVC 将输出0。这意味着它没有意识到 Holder<int>::init 已被 ODR 使用。

Compiler Explorer Link