为什么别名模板会给出冲突的声明？

Question

部分 C++11 代码从 Clang 到 g++ 的移植

template<class T>
using value_t = typename T::value_type;

template<class>
struct S
{
    using value_type = int;
    static value_type const C = 0;
};

template<class T> 
value_t<S<T>> // gcc error, typename S<T>::value_type does work
const S<T>::C;

int main() 
{    
    static_assert(S<int>::C == 0, "");
}

Clang（版本 3.1 通过 SVN 主干）与任何 g++ 版本不同。对于后者，我得到错误 like this

prog.cc:13:13: error: conflicting declaration 'value_t<S<T> > S< <template-parameter-1-1> >::C'
 const S<T>::C;
             ^
prog.cc:8:29: note: previous declaration as 'const value_type S< <template-parameter-1-1> >::C'
     static value_type const C = 0;
                             ^
prog.cc:13:13: error: declaration of 'const value_type S< <template-parameter-1-1> >::C' outside of class is not definition [-fpermissive] const S<T>::C;

如果我使用完整的 typename S<T>::value_type 而不是模板别名 value_t<S<T>>，则 g++ also works。

问题：模板别名不应该与其底层表达式完全互换吗？这是 g++ 错误吗？

更新: Visual C++ 也接受class定义之外的别名模板。

Answer 1

问题依赖SFINAE。如果你把你的成员函数重写成value_t<S<T>>，就像外面的声明一样，那么GCC会很乐意编译它：

template<class T>
struct S
{
    using value_type = int;
    static const value_t<S<T>> C = 0;
};

template<class T> 
const value_t<S<T>> S<T>::C;

因为表达式现在在功能上 是等效的。诸如 substitution failure 之类的事情在别名模板上发挥作用，但如您所见，成员函数 value_type const C 没有与 value_t<S<T>> const S<T>::C 相同的“原型” .第一个不必执行 SFINAE，而第二个则需要它。很明显，这两个声明具有不同的功能，因此 GCC 大发雷霆。

有趣的是，Clang编译它没有任何异常迹象。我认为与 GCC 相比，Clang 的分析顺序恰好相反。一旦别名模板表达式被解析并且很好（即它是格式正确的），clang 就会比较两个声明并检查它们是否等效（在这种情况下它们是等效的，因为两个表达式都解析为 value_type）。

现在，在标准的眼里，哪一个是正确的？是否将别名模板的 SFNIAE 视为其声明功能的一部分仍然是一个未解决的问题。引用 [temp.alias]/2:

When a template-id refers to the specialization of an alias template, it is equivalent to the associated type obtained by substitution of its template-arguments for the template-parameters in the type-id of the alias template.

也就是说，这两个是等价的：

template<class T>
struct Alloc { /* ... */ };

template<class T>
using Vec = vector<T, Alloc<T>>;

Vec<int> v;
vector<int, Alloc<int>> u;

Vec<int> 和 vector<int, Alloc<int>> 是等价的类型，因为在执行替换后，两种类型最终都是 vector<int, Alloc<int>>。请注意“替换后”是如何表示仅在所有模板参数都替换为模板参数后才检查等价性。也就是说，当 vector<T, Alloc<T>> 中的 T 被替换为 Vec<int> 中的 int 时，比较开始。也许这就是 Clang 对 value_t<S<T>> 所做的事情？但是 [temp.alias]/3 中有以下引述：

However, if the template-id is dependent, subsequent template argument substitution still applies to the template-id. [Example:
template<typename...> using void_t = void;
template<typename T> void_t<typename T::foo> f();
f<int>(); // error, int does not have a nested type foo
— end example]

这里的问题是：表达式必须是合式的，因此编译器需要检查替换是否正确。当为了执行模板参数替换而存在依赖时（例如 typename T::foo），整个表达式的功能发生变化，“等价”的定义也不同。例如，以下代码将无法编译（GCC 和 Clang）：

struct X
{
    template <typename T>
    auto foo(T) -> std::enable_if_t<sizeof(T) == 4>;
};

template <typename T>
auto X::foo(T) -> void
{}

因为外部foo的原型在功能上与内部的不同。相反，执行 auto X::foo(T) -> std::enable_if_t<sizeof(T) == 4> 可以使代码编译正常。之所以如此，是因为foo的return类型是依赖于sizeof(T) == 4结果的表达式，所以模板替换后，其原型可能与它的每个实例都不同。然而，auto X::foo(T) -> void 的 return 类型永远不会不同，这与 X 中的声明冲突。这与您的代码中发生的问题完全相同。所以 GCC 在这种情况下似乎是正确的。

为什么别名模板会给出冲突的声明？

Why does alias template give a conflicting declaration?

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