如何修复以前工作的注入模板友元函数？

Question

我最近将 gcc 编译器从版本 5 更新到版本 8，它破坏了我们的生产代码。下面包含损坏代码的简化版本：

#include <utility>

// Imagine this has several template parameters not just Id and
// this class provides lots of friend functions for retrieving
// all this "metadata". Just one is implemented in this example.
template <typename Tag, unsigned Id>
class MetadataImpl
  {
  template <typename T, typename U>
  using matches =
    typename std::enable_if<std::is_same<T, U>::value>::type;

  template <typename _Tag, typename = matches<_Tag, Tag>>
  friend unsigned GetId(Tag* = nullptr)
    { return Id; }
  };

// Let's generate some instances...
template class MetadataImpl<int, 1>;
template class MetadataImpl<double, 2>;

// And a simple test function.
unsigned test()
  {
  return GetId<int>();
  }

用最简单的话来说，这段代码提供了一种捕获标签周围元数据的方法（上面示例中的一种类型，但也可以是 enum 值）并且最初是在大约 10 多年前编写的，并且已经看到许多 gcc 升级，但是 gcc 6 中的东西 "broke"（通过著名的 godbolt 在线编译器验证）。

很可能此代码不受 c++ 标准支持，只是一个 gcc 扩展，现在已被删除，但我很想知道这是否真的如此，其基本原理可能是什么是因为它被标准拒绝了。

似乎 clang 也不支持这段代码，但我注意到如果你做一个 ast-dump (clang -Xclang -ast-dump) clang 至少保存了这些友元函数的定义，但是使用时似乎无法找到它们（模板参数推导失败？）。

我很高兴知道任何以尽可能相似的方式工作的解决方法或替代方案，即虽然某种形式的单行实例化，并且关键，仅适用于已显式实例化的标签。

具体来说，我不想要的是有一串模板函数，每个标签都必须实现（我刚刚展示了一个元数据项，还有生产代码中有很多，其中一些从模板参数的组合中派生出更多信息 and/or 其他类型信息）。上面开发的原始解决方案导致了非常干净、可扩展和可维护的代码。将其全部包装在一些复杂的宏中绝对是最坏的情况！

有一个类似的问答但我看不出如何使这个解决方案在这种情况下起作用，因为友元函数的参数不是父函数 class 本身，但是它的一个模板参数。

将 GetId 函数更改为将 MetadataImpl<...> 作为其参数将不是一个可行的解决方案，因为这样函数的使用就变得完全不切实际了。调用函数的地方只是想提供标签本身。

提前感谢您的帮助！

Answer 1

为什么不直接将 GetId 编写为一个自由函数并根据需要对其进行专门化？

template <typename Tag>
unsigned GetId()
{
  return /* default value */;
}

template <> unsigned GetId<int>   () { return 1; }
template <> unsigned GetId<double>() { return 2; }
// ...

正则表达式替换可以帮助您将 class 模板显式实例化转换为这些函数模板特化。（这是对函数模板进行特殊化处理的少数情况之一。）

如果您不需要默认值，只需将主函数定义为 = delete: (C++11)

template <typename Tag>
unsigned GetId() = delete;

如果你可以使用变量模板，(C++14) 你可以让代码看起来更漂亮：

template <typename Tag>
unsigned Id = /* default value */;

template <> unsigned Id<int>    = 1;
template <> unsigned Id<double> = 2;
// ...

Answer 2

所以这可能违反了您的 "no strings of templates" 要求，但您可以使用 tag 辅助结构：

template <typename T> struct tag {};
template <> struct tag<int> {
    static constexpr unsigned Id = 1;
    // any more customization points here
};
template <> struct tag<double> {
    static constexpr unsigned Id = 2;
};

（这也可以避免许多显式实例化）。元数据实现将是：

template <typename Tag>
class MetadataImpl
  {
  friend unsigned GetId(MetadataImpl)
    { return Tag::Id; }
  };

现在您可以编写一个辅助程序来调用 ADL GetId。

template <typename T>
unsigned GetId() {
  return GetId(MetadataImpl<tag<T>>());
}

Demo.

Answer 3

之前能用的原因是gcc有bug。它不是标准的 C++，而且很可能永远不会。但这是

namespace 
{
    template<typename T>
    struct flag
    {
        friend constexpr unsigned adl(flag<T>);
    };

    template <typename T, unsigned n>
    class meta
    {
        friend constexpr unsigned adl(flag<T>)
        {
            return n;
        }
    };

    template<typename T>
    constexpr auto getId()
    {
        return adl(flag<T>{});
    }
}

然后你就可以写出和以前完全一样的东西了

template class meta<int, 1>;
template class meta<double, 2>;

auto foo()
{
    return getId<int>();
}

注意匿名命名空间，如果没有匿名命名空间，您运行会违反 ODR。

如何修复以前工作的注入模板友元函数？

How to fix previously-working injected template friend function?

c++

gcc

friend-function

argument-dependent-lookup