使用std :: ostream的declval表达式（对于SFINAE）

Question

我正在尝试创建一个类型traits类来确定是否可以通过std::ostream的<<运算符流式传输特定类型T 我正在使用简单的SFINAE技术。

最终，我试图评估替换失败的表达式是：

decltype(std::declval<std::ostream>() << std::declval<T>()) ;

我的期望是，给定一个类型为T的实例t和一个std::ostream实例os ，如果表达式os << t os ，则应该发生替换失败。

但显然替代失败从未发生在这里，无论T型。 即使我只是使用上面的decltype表达式声明一个typedef ，在SFINAE的上下文之外，它也很乐意编译，即使T不能与std::ostream一起使用。

例如：

struct Foo  { };

int main()
{
    // This compiles fine using GCC 4.9.2
    //
    typedef decltype(
        std::declval<std::ostream>() << std::declval<Foo>()
    ) foo_type;
}

以上将使用GCC 4.9.2进行编译，这不是我预期的，因为<<运算符没有重载以使用类型Foo 。 当然，如果我说：

std::cout << Foo();

...我收到编译器错误。 那么为什么上面的decltype表达式甚至可以编译呢？

Answer 1

C ++ 11添加了以下operator<< overload：

template< class CharT, class Traits, class T >
basic_ostream< CharT, Traits >& operator<<( basic_ostream<CharT,Traits>&& os, 
                                            const T& value );

这转发到标准插入运算符，它不能将rvalue引用绑定到std::ostream s，因为它们采用非const引用。 由于std::declval<std::ostream>返回std::ostream&& ，所以选择了这个重载，那么由于非常宽松的接口（即如果没有有效的底层插入操作符，这不是SFINAEd），你的decltype说明符作品。

简单的解决方法是使用std::declval<std::ostream&>() 。 这将返回一个std::ostream& ，因此你的decltype说明符不会选择模板重载，并且编译时需要正常的插入操作符重载：

typedef decltype(
    std::declval<std::ostream&>() << std::declval<Foo>()
) foo_type;

Clang输出：

main.cpp:8:39: error: invalid operands to binary expression ('std::basic_ostream<char>' and 'Foo')
        std::declval<std::ostream&>() << std::declval<Foo>()
        ~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~ ^  ~~~~~~~~~~~~~~~~~~~

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这是一个更简单的例子，它表现出同样的问题：

#include <string>

void foo (int&,int){}
void foo (int&,float){}

template <typename T>
void foo (int&& a, T b) {
    foo(a, b);
}

int main()
{
    std::string s;
    typedef decltype(foo(1,s)) foo_type;
}

现场演示

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以下是相关标准报价（N4140）：

必须实例化声明，因为涉及重载解析：

[temp.inst]/10:如果以涉及重载解析的方式使用函数模板或成员函数模板特化，则隐式实例化特化的声明（14.8.3）。

只需要声明声明：

[temp.over]/5:只需要函数模板特化的签名即可在一组候选函数中输入特化。 因此，仅需要函数模板声明来解析模板特化是候选的调用。

并且不允许实现实例化函数体：

[temp.inst]/11:实现不得隐式实例化函数模板，变量模板，成员模板，非虚拟成员函数，成员类或不需要的类模板的静态数据成员实例。

Answer 2

没有真正回答为什么会发生这种情况，但如果你用std::stream&替换如下：

template<typename T, typename Enable = std::ostream&>
struct can_be_streamed : std::false_type {};
template<typename T>
struct can_be_streamed<T, 
         decltype(std::declval<std::ostream&>() << std::declval<T>())> : std::true_type {};

似乎工作。

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Answer 3

如果你查看头文件ostream ，你会发现因为std::declval生成rvlaue引用，实际上有一个匹配的泛型operator<< ：

#if __cplusplus >= 201103L
  /** 
   *  @brief  Generic inserter for rvalue stream
   *  @param  __os  An input stream.
   *  @param  __x  A reference to the object being inserted.
   *  @return  os  
   *   
   *  This is just a forwarding function to allow insertion to
   *  rvalue streams since they won't bind to the inserter functions
   *  that take an lvalue reference.
  */  
  template<typename _CharT, typename _Traits, typename _Tp>
    inline basic_ostream<_CharT, _Traits>&
    operator<<(basic_ostream<_CharT, _Traits>&& __os, const _Tp& __x)
    {   
      __os << __x;
      return __os;
    }   
#endif // C++11

这就解释了为什么你没有失败的原因。 但是，这实际上无法与std::cout << Foo()调用匹配。 以下是编译错误的相关部分：

/usr/local/bin/../lib/gcc/x86_64-pc-linux-gnu/6.1.0/../../../../include/c++/6.1.0/ostream:628:5: note: candidate function [with _CharT = char, _Traits = std::char_traits<char>, _Tp = Foo] not viable: no known conversion from 'ostream' (aka 'basic_ostream<char>') to 'basic_ostream<char, std::char_traits<char> > &&' for 1st argument
    operator<<(basic_ostream<_CharT, _Traits>&& __os, const _Tp& __x)
    ^

这里的问题是lhs只能是一个右值引用，但你（显然）在调用中使用了左值（即std::cout ）。