c++11-17 模板核心知識（十五）—— 解析模板之依賴型型別名稱與typename Dependent Names of Types

張雅宸發表於2020-12-08
C++型別

上篇文章c++11-17 模板核心知識（十四）—— 解析模板之依賴型模板名稱 Dependent Names of Templates(.template/->template/::template) 介紹了依賴型模板名稱，提到關於模板解析有六個大方面：

  • 非模板中的上下文相關性 Context Sensitivity in Nontemplates
  • 依賴型型別名稱 Dependent Names of Types <-----
  • 依賴型模板名稱 Dependent Names of Templates
  • using-declaration中的依賴型名稱 Dependent Names in Using Declarations
  • ADL和顯式模板實參 ADL and Explicit Template Arguments
  • 依賴性表示式 Dependent Expressions

這篇文章介紹下依賴型型別名稱（Dependent Names of Types）。

模板名稱的問題及解決

模板中的名稱存在一個問題：它們有的時候不能被很好的分類，比如一個模板引用其他模板的名稱，因為模板特化的存在，會讓問題變得複雜一些。例如：

template <typename T> class Trap {
public:
  enum { x }; // #1 x is not a type here
};

template <typename T> class Victim {
public:
  int y;
  void poof() {
    Trap<T>::x *y; // #2 declaration or multiplication?
  }
};

template <> class Trap<void> { // evil specialization!
public:
  using x = int; // #3 x is a type here
};

void boom(Victim<void> &bomb) { bomb.poof(); }

如果你直接編譯，會報錯：

main.cc:30:14: error: unexpected type name 'x': expected expression
    Trap<T>::x *y; // #2 declaration or multiplication?
             ^
main.cc:39:38: note: in instantiation of member function 'Victim<void>::poof' requested here
void boom(Victim<void> &bomb) { bomb.poof(); }
                                     ^
1 error generated.

這個問題和解決方案在c++11-17 模板核心知識（二）—— 類别範本涉及過，這篇文章再展開說一下相關規則。

回到上面的例子，當編譯器解析到#2處時，它需要決定Trap<T>::x是一個型別還是一個值，這決定了Trap<T>::x *y是宣告一個指標還是做乘法。

問題是，在Trap中，Trap<T>::x是一個值，但是在全特化版本Trap<void>中，Trap<T>::x是一個型別。所以，這種情況實際是依賴模板引數T的，也就是依賴型型別名稱（Dependent Names of Types）。

C++規定，只有當加上typename關鍵字後，依賴型型別名稱才會被當做型別，否則會被當做一個值。這裡typename的意義和宣告一個模板時使用的typename是兩個意思，所以不能用class來替換typename.

typename規則

當一個名稱具備以下性質時，需要在名稱前面加typename：

  • 是qualified name。
  • 不是Elaborated type specifier的一部分（例如，以class、struct、union、enum為開頭的型別）
  • 名稱不是用於指定基類繼承的列表中，也不是位於引入建構函式的成員初始化列表中。
  • 依賴於模板引數。

例如：

template <typename(1) T> 
struct S : typename(2) X<T>::Base {
  S() : typename(3) X<T>::Base(typename(4) X<T>::Base(0)) {}
  
  typename(5) X<T> f() {
    typename(6) X<T>::C *p; // declaration of pointer p
    X<T>::D *q;           // multiplication!
  }
  typename(7) X<int>::C *s;

  using Type = T;
  using OtherType = typename(8) S<T>::Type;
};

下面逐一說下上面各個typename的使用場景(有的使用方式是錯誤的)：

  • 第一個typename代表一個模板引數，不在此文章討論範圍內。
  • 第二和第三個typename是錯誤的使用方式，不需要新增，違反了上面的第3條規則。第二個出現在了指定基類繼承的列表中，第三個出現在了建構函式的成員初始化列表。如果加上typename編譯，會報如下錯誤：
main.cc:30:12: error: 'typename' is redundant; base classes are implicitly types
struct S : typename X<T>::Base {
           ^~~~~~~~~
  • 第四個typename是必須的，它滿足上面第3條規則，且其他規則也滿足。
  • 第五個typename是錯誤的，因為X不是一個qualified name，如果加上typename編譯，會報：
main.cc:33:12: error: expected a qualified name after 'typename'
  typename X<T> f() {
           ^
  • 第六個typename是必須的，上面講過，代表一個型別。
  • 第七個typename是可有可無的，因為X<int>::C不依賴模板引數，即不是Dependent Name.
  • 第八個typename也是可有可無的，因為它指向的是current instantiation，這個概念下篇文章會講到。

C++20 typename

是了，這一大堆亂七八糟的規則，誰也不想去記。C++20對typename的規則做了一些改善，有一些場景不再需要typename。詳情大家可以參考 ： The typename disambiguator for dependent names

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（完）

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