为什么 SFINAE 对 std::basic_string 构造函数之一的限制如此之大？

Question

背景

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关于这个问题的讨论是在这个非常简单的问题的答案下开始的。

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问题

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这个简单的代码具有意外的构造函数重载解析std::basic_string：

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#include <string>\n\nint main() {\n    std::string s{"some string to test", 2, 3};\n    return 0;\n}\n

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现在有人期望这会调用这个构造函数：

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std::basic_string<CharT,Traits,Allocator>::basic_string - cppreference.com

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template<class T> basic_string( const T& t, size_type pos, size_type n, const Allocator& alloc = Allocator() );	（自 C++17 起）	(11)
template< class T > constexpr basic_string( const T& t, size_type pos, size_type const Allocator& alloc = Allocator() );	（自 C++20 起）	(11)

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基本原理基于此 C++ 标准的部分：

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[字符串缺点]

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template<class T> constexpr basic_string(const T& t, size_type pos, size_type n, const Allocator& a = Allocator());

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5 约束： is_\xc2\xadconvertible_\xc2\xadv<const T&, basic_\xc2\xadstring_\xc2\xadview<charT, Traits>> 为 true 。

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6 效果: 创建一个变量 sv，就像 basic_\xc2\xadstring_\xc2\xadview<charT, Traits> sv = t; 然后其行为与： basic_string(sv.substr(pos, n), a); 相同

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现在，当cppinsights处理此代码时，结果与预期不同：

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#include <string>\n\nint main()\n{\n  std::string s = std::basic_string<char>{std::basic_string<char>("some string to test", std::allocator<char>()), 2, 3};\n  return 0;\n}\n

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将此代码折叠为相应的类型定义后，std::string它变为：

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#include <string>\n\nint main()\n{\n  std::string s = std::string{std::string("some string to test"), 2, 3};\n  return 0;\n}\n

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std::string因此，执行字符串文字到的转换，然后使用形式（3）中的构造函数。因此执行了不希望的额外分配。

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我确信这不是工具的错误，我做了其他实验来证实这一点。这是一个Godbolt 示例。组装显然遵循这种模式。

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分析

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为了找到这个问题的解释，我在这段代码中引入了一个错误，因此错误报告会打印可能的重载解决方案。这是错误报告中最有趣的部分：

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/opt/compiler-explorer/gcc-trunk-20220104/include/c++/12.0.0/bits/basic_string.h:771:9: note: candidate: \'template<class _Tp, class> std::__cxx11::basic_string<_CharT, _Traits, _Alloc>::basic_string(const _Tp&, size_type, size_type, const _Alloc&) [with <template-parameter-2-2> = _Tp; _CharT = char; _Traits = std::char_traits<char>; _Alloc = std::allocator<char>]\'\n  771 |         basic_string(const _Tp& __t, size_type __pos, size_type __n,\n      |         ^~~~~~~~~~~~\n/opt/compiler-explorer/gcc-trunk-20220104/include/c++/12.0.0/bits/basic_string.h:771:9: note:   template argument deduction/substitution failed:\nIn file included from /opt/compiler-explorer/gcc-trunk-20220104/include/c++/12.0.0/bits/char_traits.h:42,\n                 from /opt/compiler-explorer/gcc-trunk-20220104/include/c++/12.0.0/string:40,\n                 from <source>:1:\n/opt/compiler-explorer/gcc-trunk-20220104/include/c++/12.0.0/type_traits: In substitution of \'template<bool _Cond, class _Tp> using enable_if_t = typename std::enable_if::type [with bool _Cond = false; _Tp = void]\':\n/opt/compiler-explorer/gcc-trunk-20220104/include/c++/12.0.0/bits/basic_string.h:156:8:   required by substitution of \'template<class _CharT, class _Traits, class _Alloc> template<class _Tp, class _Res> using _If_sv = std::enable_if_t<std::__and_<std::is_convertible<const _Tp&, std::basic_string_view<_CharT, _Traits> >, std::__not_<std::is_convertible<const _Tp*, const std::__cxx11::basic_string<_CharT, _Traits, _Alloc>*> >, std::__not_<std::is_convertible<const _Tp&, const _CharT*> > >::value, _Res> [with _Tp = char [20]; _Res = void; _CharT = char; _Traits = std::char_traits<char>; _Alloc = std::allocator<char>]\'\n/opt/compiler-explorer/gcc-trunk-20220104/include/c++/12.0.0/bits/basic_string.h:769:30:   required from here\n/opt/compiler-explorer/gcc-trunk-20220104/include/c++/12.0.0/type_traits:2614:11: error: no type named \'type\' in \'struct std::enable_if<false, void>\'\n 2614 |     using enable_if_t = typename enable_if<_Cond, _Tp>::type;\n      |           ^~~~~~~~~~~\n

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因此重载(11)已被 SFINAE 拒绝。

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相关标准库代码如下所示：\n std::basic_string 构造函数的重载(11) ：

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/opt/compiler-explorer/gcc-trunk-20220104/include/c++/12.0.0/bits/basic_string.h:771:9: note: candidate: \'template<class _Tp, class> std::__cxx11::basic_string<_CharT, _Traits, _Alloc>::basic_string(const _Tp&, size_type, size_type, const _Alloc&) [with <template-parameter-2-2> = _Tp; _CharT = char; _Traits = std::char_traits<char>; _Alloc = std::allocator<char>]\'\n  771 |         basic_string(const _Tp& __t, size_type __pos, size_type __n,\n      |         ^~~~~~~~~~~~\n/opt/compiler-explorer/gcc-trunk-20220104/include/c++/12.0.0/bits/basic_string.h:771:9: note:   template argument deduction/substitution failed:\nIn file included from /opt/compiler-explorer/gcc-trunk-20220104/include/c++/12.0.0/bits/char_traits.h:42,\n                 from /opt/compiler-explorer/gcc-trunk-20220104/include/c++/12.0.0/string:40,\n                 from <source>:1:\n/opt/compiler-explorer/gcc-trunk-20220104/include/c++/12.0.0/type_traits: In substitution of \'template<bool _Cond, class _Tp> using enable_if_t = typename std::enable_if::type [with bool _Cond = false; _Tp = void]\':\n/opt/compiler-explorer/gcc-trunk-20220104/include/c++/12.0.0/bits/basic_string.h:156:8:   required by substitution of \'template<class _CharT, class _Traits, class _Alloc> template<class _Tp, class _Res> using _If_sv = std::enable_if_t<std::__and_<std::is_convertible<const _Tp&, std::basic_string_view<_CharT, _Traits> >, std::__not_<std::is_convertible<const _Tp*, const std::__cxx11::basic_string<_CharT, _Traits, _Alloc>*> >, std::__not_<std::is_convertible<const _Tp&, const _CharT*> > >::value, _Res> [with _Tp = char [20]; _Res = void; _CharT = char; _Traits = std::char_traits<char>; _Alloc = std::allocator<char>]\'\n/opt/compiler-explorer/gcc-trunk-20220104/include/c++/12.0.0/bits/basic_string.h:769:30:   required from here\n/opt/compiler-explorer/gcc-trunk-20220104/include/c++/12.0.0/type_traits:2614:11: error: no type named \'type\' in \'struct std::enable_if<false, void>\'\n 2614 |     using enable_if_t = typename enable_if<_Cond, _Tp>::type;\n      |           ^~~~~~~~~~~\n

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这是_If_sv的实现：

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    template<typename _Tp, typename = _If_sv<_Tp, void>>\n    basic_string(const _Tp& __t, size_type __pos, size_type __n,\n             const _Alloc& __a = _Alloc())\n    : basic_string(_S_to_string_view(__t).substr(__pos, __n), __a) { }\n

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所以这个条件的最后一部分：__not_<is_convertible<const _Tp&, const _CharT*>>>::value是一个问题，因为显然 char 数组（字符串文字）可以转换为指向字符的指针。

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问题

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为什么执行起来是_If_sv这样的？标准中没有提到的这个额外条件的理由是什么？

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如果我正确理解重载解析，则此额外条件已过时，因为当第一个参数为std::string重载时（3）优先于重载（11）作为非模板函数的精确匹配。另一方面，如果参数不是并且std::string可以转换为，std::string_view那么模板重载（11）应该获胜，并且可以避免额外的分配。

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这是标准库实现中的错误还是我错过了什么？

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为什么需要这些额外的 SFINAE 条件？

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奖金问题

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有没有一种好的方法来编写检测此问题的测试？\n一些方法可以验证是否已选择正确的重载而不修改测试代码（在本例中std::basic_string）？

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Answer 1

在 C++14 中，您的代码始终创建一个新的std::string临时对象，没有构造函数采用const char*或std::string_view可以使用。

在 C++17 中，您的代码应该创建一个string_view并避免临时的。GCC 的实现受到过度约束，因此仍然像 C++14 一样运行，从而创建了额外的临时文件。

为什么实现_If_sv看起来像这样？标准中未提及的额外条件的理由是什么？

它具有三个条件，其中两个在标准中。第三个也有原因。

该帮助器实现了除您所询问的一个构造函数之外的每个接受 a 的函数_If_sv所需的约束。该约束的约束稍弱，允许将指针传递给它并转换为字符串视图。由于 libstdc++对该构造函数使用相同的帮助程序，因此它无法按标准要求工作。我现在已经解决了这个问题（PR 103919）。basic_stringbasic_string_view const CharT*_If_sv

在以下三个条件中_If_sv：

• string_view标准要求“可转换为一”。
• 除了您所询问的构造函数之外const CharT*，所有函数的标准都要求“不可转换为”。
• 添加最后一个条件“不可转换为basic_string”是为了修复我发现的由标准指定的约束引起的回归。这个问题如下所述，供那些不喜欢点击链接离开的人使用。

如果我正确理解重载解析，这个额外的条件就已经过时了，

没有。

因为当第一个参数是std::string重载时 (3) 优先于重载 (11) 作为非模板函数的精确匹配。

是的，如果它是 astd::string那么无论如何都会选择另一个构造函数。“不可转换为std::string”约束在这里是多余的，因为无论如何都会选择另一个构造函数。它无害，但多余。但如果论证不是，而是源自std::string某物怎么办？考虑：std::string

class tstring : public std::string
{
public:
  tstring() : std::string() {}
  tstring(tstring&& s) : std::string(std::move(s)) {}
};

在 C++14 中，这basic_string(basic_string&&)按预期使用移动构造函数。在 C++17 中它使用basic_string(const T&, const Alloc& = Alloc())，因为tstring&&参数可转换为string_view. 这意味着我们复制s而不是按预期移动它。

T不可转换的附加约束从此处考虑中std::string删除了新的string_view重载，因此再次使用移动构造函数。因此，对于无论如何都不会选择构造函数的情况来说，额外的约束是无害的，但对于将选择但不应该选择新构造函数的情况很有用。basic_string(const T&, const Alloc&)