为什么 libstdc++-v3 中 declval 的实现看起来那么复杂？答案

【问题标题】：Why does the implementation of declval in libstdc++-v3 look so complicated?为什么 libstdc++-v3 中 declval 的实现看起来那么复杂？
【发布时间】：2021-01-11 14:25:46
【问题描述】：

以下代码来自libstdc++-v3 std::type_traits，是std::declval的一个实现：

  template<typename _Tp, typename _Up = _Tp&&> // template 1
    _Up
    __declval(int);
  template<typename _Tp> // template 2
    _Tp
    __declval(long);
  template<typename _Tp> // template 3
    auto declval() noexcept -> decltype(__declval<_Tp>(0));

但我想我可以简单地实现declval：

template <typename T> T declval();

这是我的测试代码：

#include <iostream>
using namespace std;

struct C {
    C() = delete;
    int foo() { return 0; }
};

namespace test {
template <typename T> T declval();
};// namespace test

int main() {
    decltype(test::declval<C>().foo()) n = 1;
    cout << n << endl;
}

构建和运行命令是：

g++ -std=c++11 ./test.cpp
./a.out

为什么 libstdc++-v3 中的实现看起来如此复杂？
第一个 sn-p 中的模板 1 有什么作用？
为什么__declval需要一个参数（int/long）？
为什么模板 1 (int) 和模板 2 (long) 有不同的参数类型？
我的简单实现有什么问题吗？

【问题讨论】：

标签： c++ c++11 templates decltype declval

【解决方案1】：

std::declval其实是：

template<class T>
typename std::add_rvalue_reference<T>::type declval() noexcept;

其中std::add_rvalue_reference<T> 通常是T&&，除非在无效的情况下（例如T = void 或T = int() const），它只是T。主要区别在于函数不能返回数组，但可以返回数组引用，如U(&&)[] 或U(&&)[N]。

显式使用std::add_rvalue_reference 的问题在于它实例化了一个模板。而且它本身在 libstdc++ 实现中以 ~4 的实例化深度实例化了大约 10 个模板。在泛型代码中，std::declval 可以大量使用，根据https://llvm.org/bugs/show_bug.cgi?id=27798，不使用std::add_rvalue_reference 可以增加>4% 的编译时间。（libc++实现实例化的模板较少，但还是有影响）

通过将“add_rvalue_reference”直接内联到declval 可以解决此问题。这是使用 SFINAE 完成的。

declval<T> 的返回类型是 decltype(__declval<_Tp>(0))。查找__declval，发现两个函数模板。

第一个返回类型为_Up = T&&。第二个只是返回类型T。

第一个接受参数int，第二个接受long。它被传递给0，它是一个int，所以第一个函数更匹配并被选中，并返回T&&。

除非T&& 不是有效类型（例如T = void），那么当模板参数_Up 替换为推导的T&& 时，会出现替换失败。所以它不再是该功能的候选者。这意味着只剩下第二个，0 被转换为 long（返回类型只是 T）。

如果无法从函数返回 T 和 T&&（例如，T = int() const），则无法选择这两个函数，并且 std::declval<T> 函数出现替换失败且不可行候选人。

这是引入优化的 libc++ 提交：https://github.com/llvm/llvm-project/commit/ae7619a8a358667ea6ade5050512d0a27c03f432

这是 libstdc++ 提交：https://gcc.gnu.org/git/?p=gcc.git;a=commitdiff;h=ec26ff5a012428ed864b679c7c171e2e7d917f76

他们之前都是std::add_rvalue_reference<T>::type

【讨论】：

但是...为什么第二个模板参数带有默认参数而不是_Tp&&？
@JohannesSchaub-litb 似乎没有什么特别的原因。 libstdc++ 使用 _Tp&& 返回类型实现它。 libc++ 中的其他类型特征使用未命名的bool = SFINAE_stuff 或typename = SFINAE_stuff，所以可能是为了保持一致性？没关系

【解决方案2】：

这是为了捕获无法形成引用的类型。特别是void。

通常选择int 重载。如果_Tp 是void，则int 重载将失败_Up = void&&，然后选择long 重载。

您的实现没有添加引用，这会导致数组和函数失败。

test::declval<void()>() // fails

【讨论】：