std::pair<auto, auto> 返回类型

Question

我在std::pair 中玩auto。在下面的代码中，函数f 应该返回一个依赖于模板参数的类型的std::pair。

一个工作示例：

示例 1

template <unsigned S>
auto f()
{
    if constexpr (S == 1)
        return std::pair{1, 2}; // pair of ints
    else if constexpr (S == 2)
        return std::pair{1.0, 2.0}; // pair of doubles
    else
        return std::pair{0.0f, 0.0f}; // pair of floats
}

这适用于 gcc 9.2、gcc 10.0、clang 9.0 和 clang 10.0。

接下来，为了清楚起见，我想将返回类型显式写为std::pair：

示例 2

template <unsigned S>
std::pair<auto, auto> f()
{
    if constexpr (S == 1)
        return {1, 2};
    /* ... */
}

gcc 9.2/10.0 和 clang 9.0/10.0 编译失败。

gcc 9.2

error: invalid use of 'auto'
error: template argument 1 is invalid // first argument (auto) of std::pair
error: template argument 2 is invalid // second argument (auto) of std::pair
error: cannot convert '<brace-enclosed initializer list>' to 'int' in return

从上一条错误消息来看，gcc 9.2 似乎认为std::pair<auto, auto> 是int。这怎么解释？

gcc 10.0

error: returning initializer list

这个错误是可以理解的，但是，我希望 std::pair 的构造函数被调用，还是我在这里遗漏了什么？

clang 9.0 和 10.0

'auto' not allowed in template argument
excess elements in scalar initializer
no matching function for call to 'f'

好的，clang 不喜欢这些。从第二条错误信息来看，clang 似乎也认为返回类型是int。

最后，为了修复使用 gcc 10.0 编译时出现的错误，我决定显式返回 std::pair：

示例 3

template <unsigned S>
std::pair<auto, auto> f()
{
    if constexpr (S == 1)
        return std::pair{1, 2};
    /* ... */
}

clang 9.0 和 10.0

和以前一样，但有一个额外的：

no viable conversion from returned value of type 'std::pair<int, int>' to function return type 'int'

这里 clang 仍然认为我们正在返回 int？

gcc 9.2

和以前一样。

gcc 10.0

有效！

我猜有些功能还需要实现，或者在上面描述的一种情况下，是否存在一个正确而另一个错误的编译器？在我看来，示例 2 应该有效。还是不应该？

Answer 1

语法：

std::pair<auto, auto> f() { return std::pair(1, 2); }
~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~

是原始概念 TS 的一部分，但未包含在 C++20 的概念提案中。因此，C++20 中唯一的占位符类型是 auto（及其变体，如 auto**）、decltype(auto) 和受限占位符（Concept auto 及其变体）。这种嵌套的占位符类型会非常有用，但不是 C++20 的一部分，因此函数声明格式不正确。

现在，gcc 允许这样做，因为 gcc 实现了 Concepts TS，我猜他们决定保留此功能。 clang 从未实现过 TS，所以它没有。

不管怎样，这个：

std::pair<auto, auto> f() { return {1, 2}; }

总是格式不正确。语法的意思是我们推导出返回类型，然后要求它匹配pair<T, U>，对于某些类型T和U。我们基本上是在尝试调用发明的函数：

template <typename T, typename U>
void __f(std::pair<T, U>);

__f({1, 2}); // this must succeed

但是你不能从{1, 2} 中推断出一个类型——一个花括号初始化列表没有类型。也许这是应该探索的东西（因为至少在这样的简单案例中很容易理解），但它从未被允许。所以不管怎样拒绝都是正确的。

最后：

gcc 9.2 似乎认为std::pair<auto, auto> 是int。这怎么解释？

由于某种原因（可能是由于我们的 C 遗留带有隐式 int），当 gcc 无法识别或理解类型时，它只是使用 int 作为错误消息中的占位符。这非常令人困惑，因为显然是 gcc 提出了int 而不是源代码。但事实就是这样。