模板替换和SFINAE中的私有成员访问

Question

class A { int a; };

template<typename, typename = void>
class test {};

template<typename T>
class test<T,decltype(T::a)> {};

int main() { test<A> a; }

上面的代码编译时没有错误clang version 3.8.0-2ubuntu4 (tags/RELEASE_380/final),但无法编译g++-5 (Ubuntu 5.4.1-2ubuntu1~16.04) 5.4.1 20160904并g++-6 (Ubuntu 6.2.0-3ubuntu11~16.04) 6.2.0 20160901出现如下错误:

main.cpp: In function ‘int main()’:
main.cpp:9:22: error: ‘int A::a’ is private within this context
 int main() { test<A> a; }
                      ^
main.cpp:1:15: note: declared private here
 class A { int a; };

在我编译的两种情况下-std=c++11,但效果-std=c++14和-std=c++1z.

哪个编译器在这里正确？我认为,至少从C++ 11开始,在模板替换期间访问私有成员应该触发SFINAE,这意味着clang是正确的而gcc不是.是否有一些我不知道的额外规则？

对于参考,我正在考虑当前标准草案N4606的§14.8.2/ 8中的注释:

如果替换导致无效的类型或表达式,则类型推导失败.如果使用替换参数写入,则无效的类型或表达式将是格式错误的,需要诊断.[注意:如果不需要诊断,程序仍然是不正确的.访问检查是替换过程的一部分. - 结束说明]

两个编译器都接受使用成员函数和成员函数指针:

class A { void a() {}; };

template<typename, typename = void>
class test {};

template<typename T>
class test<T,decltype(&T::a)> {};

int main() { test<A> a; }

Answer 1

这很有趣！我认为这是一个 g++ 编译器错误，我认为这就是发生的情况。我已经尝试使用 g++ 4.9.3 和 clang 3.7.0 对您的代码进行了多次更改。

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尽管函数模板实例化与类模板实例化有一些不同的规则，但我相信这些是模板实例化的一般步骤：

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1. 编译器读取带有模板定义的源文件。
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2. 名称查找（可能触发 ADL）：这是一个过程，\n当在程序中遇到名称时，\n将其与引入它的声明\n相关联。\n( http://en.cppreference.com/w/cpp /语言/查找）
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3. 模板参数规范/推导：为了实例化函数模板，每个模板参数都必须是已知的，但并非必须指定每个模板参数。如果可能，编译器将从函数参数中推断出缺少的模板参数。( http://en.cppreference.com/w/cpp/language/template_argument_deduction )
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4. 模板替换(可能会触发 SFINAE): 函数参数列表中\n模板参数的每次使用都会替换为\n相应的模板参数。替换失败（即，\n无法用推导或提供的\n模板参数替换模板参数）函数模板的 删除函数模板从重载集中。（http://en.cppreference.com/w/cpp/language/function_template#Template_argument_substitution）
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5. 形成重载集：在重载决议开始之前，\n通过名称查找和模板参数推导选择的函数\n组合起来形成候选函数集。\n( http://en.cppreference.com/w/cpp/language /overload_resolution#详细信息）
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6. 重载解析：一般来说，参数与实参最匹配的候选函数就是被调用的函数。( http://en.cppreference.com/w/cpp/language/overload_resolution )
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7. 模板实例化：必须确定模板参数，以便编译器可以从类模板生成实际的函数（或类）。（http://en.cppreference.com/w/cpp/language/function_template#Function_template_instantiation）
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8. 编译器生成代码。
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我将保留这些要点作为稍后的指导和参考。此外，我将参考步骤 1-6 中的模板评估。如果您发现上面的列表有任何错误，请随时更改或评论，以便我进行更改。

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在以下示例中：

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class A {};\n\ntemplate<typename, typename = void>\nstruct test\n{ test(){std::cout<< "Using None" <<std::endl;} };\n\ntemplate<typename T>\nstruct test<T, decltype(T::a)>\n{ test(){std::cout<< "Using T::a" <<std::endl;} };\n\nint main()\n{ test<A> a; }\n

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两个编译器的输出：

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Using None\n

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这个例子在 g++ 和 clang 中都能很好地编译，因为，当编译器完成所有模板的评估过程时，它只会选择实例化第一个模板，以便与用于在 main( ）。此外，当编译器无法推导出 T::a (SFINAE) 时，模板替换过程也会失败。此外，由于参数不匹配，特化不会包含在重载集中，也不会被实例化。

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我们应该添加第二个模板参数，如下所示：

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test<A , decltype(A::a)> a;\n

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该代码将无法编译，两个编译器都会抱怨：

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error: no member named \'a\' in \'A\'\n

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然而，在下面的例子中，事情开始变得奇怪：

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class A { int a; };\n\ntemplate<typename, typename = void>\nstruct test\n{ test(){std::cout<< "Using None" <<std::endl;} };\n\ntemplate<typename T>\nstruct test<T, decltype(T::a)>\n{ test(){std::cout<< "Using T::a" <<std::endl;} };\n\nint main()\n{ test<A> a; }\n

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叮当的输出：

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Using None\n

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g++ 的输出：

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error: \xe2\x80\x98int A::a\xe2\x80\x99 is private\n

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首先，我认为这将是一个很好的警告。但为什么会出错呢？该模板甚至不会被实例化。考虑到前面的示例，以及指向成员的指针是编译时已知的常量值这一事实，似乎当 clang 完成模板评估阶段时，在模板替换时发生 SFINAE，它会准确地实例化第一个模板并忽略专业化。但是，当 g++ 执行替换过程并查找变量 T::a 时，它发现它是一个私有成员，并且不会显示 SFINAE，而是提示上述错误。考虑到此错误报告，我认为这就是错误所在：https://gcc.gnu.org/bugzilla/show_bug.cgi ?id=61806

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现在，令人好奇的部分在下一个示例中，该示例使用私有成员函数：

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class A{ void a() {}; };\n\ntemplate<typename, typename = void>\nstruct test\n{ test(){std::cout<< "Using None" <<std::endl;} };\n\ntemplate<typename T>\nstruct test<T,decltype(&T::a)>\n{ test(){std::cout<< "Using A::a" <<std::endl;} };\n\nint main()\n{ test<A> a; }\n

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两个编译器的输出：

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Using None\n

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如果前面的解释是正确的，那么为什么g++在使用私有成员函数时不提示错误呢？同样，这只是基于输出的假设，但我认为这实际上是按其应有的方式工作的。长话短说，SFINAE 启动，特化从重载集中被丢弃，并且只有第一个模板被实例化。也许它的内容比表面上看到的要多，但如果我们显式指定第二个模板参数，两个编译器都会提示相同的错误。

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int main()\n{ test<A , decltype(&A::a)> b; }\n

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两个编译器的输出：

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error: \xe2\x80\x98void A::a()\xe2\x80\x99 is private\n

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无论如何，这是我一直在使用的最终代码。为了演示输出，我已将课程公开。作为一个有趣的事件，我添加了一个 nullptr 来直接指向成员函数。decltype(((T*)nullptr)->f())中的类型为void，从下面的示例中，a和c均由专业化而不是第一个模板调用。原因是因为第二个模板比第一个模板更专业，因此是它们的最佳匹配（一石二鸟）（模板正式订购规则： https: //stackoverflow.com/a/9993549/2754510）。decltype(&T::f)的类型是M4GolfFvvE（可能翻译为：Men 4 Golf Fear very vicious Elk），这要归功于 boost::typeindex::type_id_with_cvr，它被分解为void (Golf::*)()。

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#include <iostream>\n#include <boost/type_index.hpp>\n\nclass Golf\n{\n    public:\n        int v;\n\n        void f()\n        {};\n};\n\n\ntemplate<typename T>\nusing var_t = decltype(T::v);\n\ntemplate<typename T>\nusing func_t = decltype(&T::f);\n//using func_t = decltype(((T*)nullptr)->f()); //void\n\n\ntemplate<typename, typename = void>\nstruct test\n{\n    test(){std::cout<< "Using None" <<std::endl;}\n};\n\ntemplate<typename T>\nstruct test<T,var_t<T> >\n{\n    test(){std::cout<< "Using Golf::v" <<std::endl;}\n};\n\ntemplate<typename T>\nstruct test<T,func_t<T> >\n{\n    test(){std::cout<< "Using Golf::f" <<std::endl;}\n};\n\n\nint main()\n{\n    test<Golf> a;\n    test<Golf,var_t<Golf> > b;\n    test<Golf,func_t<Golf> > c;\n\n    using boost::typeindex::type_id_with_cvr;\n    std::cout<< typeid(func_t<Golf>).name() << " -> " << type_id_with_cvr<func_t<Golf>>().pretty_name() <<std::endl;\n}\n

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两个编译器的输出 (func_t = decltype(&T::f))：

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Using None\nUsing Golf::v\nUsing Golf::f\nM4GolfFvvE -> void (Golf::*)()\n

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两个编译器的输出 (func_t = decltype(((T*)nullptr)->f()))：

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Using Golf::f\nUsing Golf::v\nUsing Golf::f\nv -> void\n

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编辑：

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根据@Dr.Gut（下面的评论），这个错误在 gcc 9.2 中仍然存在。然而我发现了一个“黑客”使用std::declval，这使得它看起来更奇怪。

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#include <utility>\n\nclass A\n{\n    int a;\n};\n\ntemplate<typename, typename = void>\nclass test\n{};\n\ntemplate<typename T>\nclass test<T,decltype(std::declval<A>().a)>\n{};\n\nint main()\n{\n    test<A> a;\n}\n

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在线示例： https: //rextester.com/BUFU29474

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该代码在 g++ 和 vc++ 中编译并运行良好，但在 clang++ 中失败。

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