概念由看似会产生无效表达式的类型满足

Question

在下面的代码中， can_foo概念测试是否可以在类型的实例上调用foo()成员 function。 我将使用它来测试两个模板的实例： base有条件地启用foo成员 function， derived覆盖foo以调用其 base 的实现：

template <typename T>
concept can_foo = requires(T v) {
    v.foo();
};

template <bool enable_foo>
struct base {
    void foo()
        requires enable_foo
    {}
};

template <typename T>
struct derived : T {
    void foo()
    {
        static_cast<T&>(*this).foo();
    }
};

如果我测试base模板的实例是否满足这个概念，它会按照我的预期进行：

static_assert(can_foo<base<true>>); //okay
static_assert(not can_foo<base<false>>); //okay

当我将这些类型包装在derived中时，我看到：

static_assert(can_foo<derived<base<true>>>); //okay
static_assert(not can_foo<derived<base<false>>>); //error: static assertion failed

这太令人惊讶了！ 我预计derived<base<false>>不会满足can_foo - 它的foo定义使用了一个在给定T = base<false>时无效的表达式，并且在评估的上下文中使用概念测试的相同表达式导致一个说同样多的错误：

int main()
{
    derived<base<false>> v{};
    v.foo(); //error
}

错误消息不在调用站点，这可能是相关的； 它引用了derived<>::foo的主体。 来自 clang：

<source>:18:32: error: invalid reference to function 'foo': constraints not satisfied
        static_cast<T&>(*this).foo();
                               ^
<source>:31:7: note: in instantiation of member function 'derived<base<false>>::foo' requested here
    v.foo(); //"invalid reference to function 'foo'"
      ^
<source>:10:18: note: because 'false' evaluated to false
        requires enable_foo
                 ^

clang: https://godbolt.org/z/vh58TTPxo gcc: https://godbolt.org/z/qMPrzznar

两个编译器产生相同的结果，所以我认为问题是我遗漏了标准中的微妙之处。 将can_foo<T>约束添加到derived<T>或derived<T>::foo “修复”这个（即derived<base<false>>将不再满足can_foo ），在代码审查中我会争辩这个约束应该存在 - 但这是令人惊讶的行为 n.netheless 我想了解发生了什么。

那么：为什么derived<false>满足can_foo ？

Answer 1

requires-expression只能检测被测试表达式的“直接上下文”中的无效构造。 尤其

requires(T v) {
    v.foo();
};

不会检查调用v.foo()是否真的格式正确。 如果v.foo()由于foo function 主体内的结构不正确而导致格式不正确，则requires 表达式不会检测到这一点，因为主体不在直接上下文中。

问题是，接下来会发生什么？ requires-expression go 是否应该实例化foo的主体并给出一个硬错误，或者它应该返回 true 并在稍后尝试调用v.foo()时给你一个硬错误？ 答案是第二种：不进行实例化，因为不需要。 参见[temp.inst]/5

除非 function 模板特化是声明的特化，否则当在需要 function 定义存在的上下文中引用特化时，或者如果定义的存在影响程序的语义，function 模板特化将被隐式实例化。 [...]

[temp.inst]/11 还意味着除非需要，否则不允许实现实例化定义。

在未计算的上下文中，调用v.foo()不需要foo的定义存在，因为它不是 odr-used 除非它可能被评估并且通常是 ODR 需要定义存在。 （但是，有两种情况引用 function 需要其定义存在，即使在未评估的上下文中也是如此：当 function 具有推导的返回类型或需要进行常量评估时（ [temp.inst]/8 ））。 由于不需要定义存在，因此不实例化定义。

您可能想要修改derived::foo以便它从T::foo传播约束，因此可以通过can_foo<derived<T>>检测到格式错误：

void foo() requires can_foo<T> {
    static_cast<T&>(*this).foo();
}

Answer 2

derived对于每个模板参数T都有一个foo ，它不能总是被实例化。 当尝试实例化derived<base<false>>::foo时，您尝试在main中调用它，您会收到错误消息，指出实例化无效，因为无法为类型base<false>调用 foo。

关于何时实例化在标准中是可选的和/或必需的规则是[temp.inst] 。 然而，我无法指出一个结论性的段落，它说检查derived<base<false>>::foo是否存在于static_assert的上下文中不需要实例化。 它与重载决议检查相同吗？ “如果通过重载决议选择的 function 可以在不实例化 class 模板定义的情况下确定，则未指定该实例化是否实际发生。”

如果你希望derived::foo只有在它可以被实例化时才可用，你可以在它的 T 上要求can_foo 。

template <typename T>
struct derived : T {
  void foo() requires can_foo<T>
  {
      static_cast<T&>(*this).foo();
  }
};

https://godbolt.org/z/EqrMq4Moq