std::ostream 的 declval 表达式（对于 SFINAE）

Question

我正在尝试创建类型特征 class 以确定特定类型 T 是否可以通过 std::ostream 的 << 运算符进行流式传输。我正在使用一种简单的 SFINAE 技术。

最终，我尝试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 T 类型的实例 t 和一个 std::ostream 实例 os，如果表达式 os << t 是错误的-形成，应该发生替换失败。

但显然无论类型如何，这里都不会发生替换失败T。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，它也会愉快地编译，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;
}

上面的代码可以使用 GCC 4.9.2 正常编译，这不是我所期望的，因为 << 运算符没有被重载以处理类型 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<< 重载：

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

这会转到标准插入运算符，它不能将右值引用绑定到 std::ostreams，因为它们采用非常量引用。由于 std::declval<std::ostream> returns std::ostream&&，选择了这个重载，然后由于非常宽松的接口（即如果没有有效的底层插入运算符，这不是 SFINAEd），你的 decltype 说明符有效。

简单的修复方法是使用 std::declval<std::ostream&>()。这将 return 一个 std::ostream&，因此您的 decltype 说明符不会选择模板重载，并且需要正常的插入运算符重载才能编译：

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

Clang 输出如下：

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

Live Demo

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;
}

Live Demo

这里是相关标准引用（N4140）：

必须实例化声明，因为涉及重载决议：

[temp.inst]/10: If a function template or a member function template specialization is used in a way that involves overload resolution, a declaration of the specialization is implicitly instantiated (14.8.3).

只需要实例化声明：

[temp.over]/5: Only the signature of a function template specialization is needed to enter the specialization in a set of candidate functions. Therefore only the function template declaration is needed to resolve a call for which a template specialization is a candidate.

且不允许实例化函数体的实现：

[temp.inst]/11: An implementation shall not implicitly instantiate a function template, a variable template, a member template, a non-virtual member function, a member class, or a static data member of a class template that does not require instantiation.

Answer 2

如果你看头文件ostream，你会发现因为std::declval产生rvlaue引用，所以实际上有一个匹配泛型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

这解释了为什么没有替换失败。但是，这实际上无法与 std::cout << Foo() 调用相匹配。这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 只能是右值引用，但您（显然）在调用中使用了左值（即 std::cout）。

Answer 3

并没有真正回答为什么会发生这种情况，但如果您将其替换为 std::stream&，如下所示：

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 {};

似乎有效。

Live Demo

std::ostream 的 declval 表达式（对于 SFINAE）

declval expression (for SFINAE) with std::ostream

c++

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