SFINAE

"替换失败不是错误"

这条规则应用于函数模板的重载决议：当替换显式指定的或推导出的类型以作为模板参数时失败，该特化将从重载集合中丢弃，而不是导致编译错误。

此特性用于模板元编程。

只有在函数类型或其模板参数类型或其explicit 说明符(C++20 起)的即时上下文中的类型和表达式中发生的失败才是 SFINAE 错误。如果替换类型/表达式的求值导致副作用，例如实例化某个模板特化，生成隐式定义的成员函数等，这些副作用中的错误将被视为硬错误。lambda 表达式不被视为即时上下文的一部分。(C++20 起)

替换按词法顺序进行，并在遇到失败时停止。

如果存在多个具有不同词法顺序的声明（例如，一个函数模板使用尾随返回类型声明，该类型在参数之后替换；而又使用普通返回类型重新声明，该类型将在参数之前替换），并且这会导致模板实例化以不同的顺序发生或根本不发生，则程序不合法；不需要诊断。

(C++11 起)

template<typename A>
struct B { using type = typename A::type; };
 
template<
    class T,
    class U = typename T::type,    // SFINAE failure if T has no member type
    class V = typename B<T>::type> // hard error if B has no member type
                                   // (guaranteed to not occur via CWG 1227 because
                                   // substitution into the default template argument
                                   // of U would fail first)
void foo (int);
 
template<class T>
typename T::type h(typename B<T>::type);
 
template<class T>
auto h(typename B<T>::type) -> typename T::type; // redeclaration
 
template<class T>
void h(...) {}
 
using R = decltype(h<int>(0));     // ill-formed, no diagnostic required

[编辑] 类型 SFINAE

以下类型错误是 SFINAE 错误

尝试实例化包含多个长度不同的包的包扩展

(C++11 起)

尝试创建 void 数组、引用数组、函数数组、负大小数组、非整型大小数组或零大小数组

template<int I>
void div(char(*)[I % 2 == 0] = nullptr)
{
    // this overload is selected when I is even
}
 
template<int I>
void div(char(*)[I % 2 == 1] = nullptr)
{
    // this overload is selected when I is odd
}

尝试在作用域解析运算符 :: 的左侧使用类型，但它不是类或枚举

template<class T>
int f(typename T::B*);
 
template<class T>
int f(T);
 
int i = f<int>(0); // uses second overload

尝试使用类型的成员，其中

该类型不包含指定的成员
指定成员在需要类型时不是类型
指定成员在需要模板时不是模板
指定成员在需要非类型时不是非类型

template<int I>
struct X {};
 
template<template<class T> class>
struct Z {};
 
template<class T>
void f(typename T::Y*) {}
 
template<class T>
void g(X<T::N>*) {}
 
template<class T>
void h(Z<T::template TT>*) {}
 
struct A {};
struct B { int Y; };
struct C { typedef int N; };
struct D { typedef int TT; };
struct B1 { typedef int Y; };
struct C1 { static const int N = 0; };
struct D1
{ 
    template<typename T>
    struct TT {}; 
};
 
int main()
{
    // Deduction fails in each of these cases:
    f<A>(0); // A does not contain a member Y
    f<B>(0); // The Y member of B is not a type
    g<C>(0); // The N member of C is not a non-type
    h<D>(0); // The TT member of D is not a template
 
    // Deduction succeeds in each of these cases:
    f<B1>(0); 
    g<C1>(0); 
    h<D1>(0);
}
// todo: needs to demonstrate overload resolution, not just failure

尝试创建指向引用的指针
尝试创建对 void 的引用
尝试创建指向 T 的成员的指针，其中 T 不是类类型

template<typename T>
class is_class
{
    typedef char yes[1];
    typedef char no[2];
 
    template<typename C>
    static yes& test(int C::*); // selected if C is a class type
 
    template<typename C>
    static no& test(...);       // selected otherwise
public:
    static bool const value = sizeof(test<T>(nullptr)) == sizeof(yes);
};

尝试为非类型模板参数提供无效类型

template<class T, T>
struct S {};
 
template<class T>
int f(S<T, T()>*);
 
struct X {};
int i0 = f<X>(0);
// todo: needs to demonstrate overload resolution, not just failure

尝试执行无效转换

在模板实参表达式中
在函数声明中使用的表达式中

template<class T, T*> int f(int);
int i2 = f<int, 1>(0); // can’t conv 1 to int*
// todo: needs to demonstrate overload resolution, not just failure

尝试创建具有 void 类型参数的函数类型
尝试创建返回数组类型或函数类型的函数类型

[编辑] 表达式 SFINAE

在 C++11 之前，只有在类型中使用的常量表达式（如数组界限）才被要求作为 SFINAE 处理（而不是硬错误）。

(C++11 前)

以下表达式错误是 SFINAE 错误

在模板参数类型中使用的不合法表达式
在函数类型中使用的不合法表达式

struct X {};
struct Y { Y(X){} }; // X is convertible to Y
 
template<class T>
auto f(T t1, T t2) -> decltype(t1 + t2); // overload #1
 
X f(Y, Y);                               // overload #2
 
X x1, x2;
X x3 = f(x1, x2); // deduction fails on #1 (expression x1 + x2 is ill-formed)
                  // only #2 is in the overload set, and is called

(C++11 起)

[编辑] 部分特化中的 SFINAE

在确定类或变量(C++14 起)模板的特化是否由某个部分特化或主模板生成时，也会发生推导和替换。在这样的确定过程中，替换失败不被视为硬错误，而是使相应的部分特化声明被忽略，如同在涉及函数模板的重载决议中一样。

// primary template handles non-referenceable types:
template<class T, class = void>
struct reference_traits
{
    using add_lref = T;
    using add_rref = T;
};
 
// specialization recognizes referenceable types:
template<class T>
struct reference_traits<T, std::void_t<T&>>
{
    using add_lref = T&;
    using add_rref = T&&;
};
 
template<class T>
using add_lvalue_reference_t = typename reference_traits<T>::add_lref;
 
template<class T>
using add_rvalue_reference_t = typename reference_traits<T>::add_rref;

[编辑] 库支持

标准库组件 std::enable_if 允许创建替换失败，以便根据编译时评估的条件启用或禁用特定的重载。

此外，如果没有合适的编译器扩展，许多类型特性必须使用 SFINAE 实现。

(C++11 起)

标准库组件 std::void_t 是另一个简化部分特化 SFINAE 应用的元函数。

(C++17 起)

[编辑] 替代方案

在适用情况下，通常优先使用标签分派、if constexpr(C++17 起)和概念 (C++20 起)，而不是 SFINAE。

如果只需要条件编译时错误，通常优先使用static_assert，而不是 SFINAE。

(C++11 起)

[编辑] 示例

一种常见的惯用法是在返回类型上使用表达式 SFINAE，其中表达式使用逗号运算符，其左子表达式是被检查的（转换为 void 以确保不选择返回类型上的用户定义逗号运算符），右子表达式具有函数应该返回的类型。

运行此代码

#include <iostream>
 
// This overload is added to the set of overloads if C is
// a class or reference-to-class type and F is a pointer to member function of C
template<class C, class F>
auto test(C c, F f) -> decltype((void)(c.*f)(), void())
{
    std::cout << "(1) Class/class reference overload called\n";
}
 
// This overload is added to the set of overloads if C is a
// pointer-to-class type and F is a pointer to member function of C
template<class C, class F>
auto test(C c, F f) -> decltype((void)((c->*f)()), void())
{
    std::cout << "(2) Pointer overload called\n";
}
 
// This overload is always in the set of overloads: ellipsis
// parameter has the lowest ranking for overload resolution
void test(...)
{
    std::cout << "(3) Catch-all overload called\n";
}
 
int main()
{
    struct X { void f() {} };
    X x;
    X& rx = x;
    test(x, &X::f);  // (1)
    test(rx, &X::f); // (1), creates a copy of x
    test(&x, &X::f); // (2)
    test(42, 1337);  // (3)
}

输出

(1) Class/class reference overload called
(1) Class/class reference overload called
(2) Pointer overload called
(3) Catch-all overload called

[编辑] 缺陷报告

下列更改行为的缺陷报告追溯地应用于以前出版的 C++ 标准。

缺陷报告	应用于	发布时的行为	正确的行为
CWG 295	C++98	创建 cv-qualified 函数类型可能导致替换失败	不再是失败，丢弃 cv-qualification
CWG 1227	C++98	替换顺序未指定	与词法顺序相同
CWG 2054	C++98	部分特化中的替换未正确指定	已指定
CWG 2322	C++11	不同词法顺序的声明会导致模板实例化以不同顺序发生或根本不发生	这种情况是不合法的，不需要诊断

编译器支持
自由（freestanding）与宿主（hosted）
语言
标准库
标准库头文件
具名要求
特性测试宏 (C++20)
语言支持库
概念库 (C++20)
诊断库
内存管理库
元编程库 (C++11)
通用工具库
容器库
迭代器库
范围库 (C++20)
算法库
字符串库
文本处理库
数值库
日期和时间库
输入/输出库
文件系统库 (C++17)
并发支持库 (C++11)
执行控制库 (C++26)
技术规范
符号索引
外部库

参数和实参
类模板
函数模板
类成员模板
变量模板 (C++14)
模板参数推导
类模板实参推导（C++17）
显式（完全）特化
部分特化
依赖名称
包（C++11）
`sizeof...` (C++11)
折叠表达式 (C++17)
包索引 (C++26)
SFINAE
约束和概念 (C++20)
Requires 表达式 (C++20)

cppreference.cn

命名空间

变体

视图

操作

SFINAE

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