SFINAE

"替换失败并非错误"

此规则适用于函数模板的重载解析期间：当为模板参数替换显式指定或推导的类型失败时，该特化将从重载集中丢弃，而不是导致编译错误。

此特性用于模板元编程。

只有函数类型或其模板参数类型或其 explicit 说明符(自 C++20 起)的直接上下文中类型和表达式的失败才是 SFINAE 错误。如果替换类型/表达式的求值导致副作用，例如某些模板特化的实例化、隐式定义的成员函数的生成等，则这些副作用中的错误被视为硬错误。Lambda 表达式不被视为直接上下文的一部分。(自 C++20 起)

替换按词法顺序进行，并在遇到失败时停止。

如果有多个具有不同词法顺序的声明（例如，一个函数模板声明了尾随返回类型，将在参数之后替换，而重新声明的普通返回类型将在参数之前替换），并且这将导致模板实例化以不同的顺序发生或根本不发生，则程序是不合规的；无需诊断。

(自 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不同长度包的包展开

(自 C++11 起)

尝试创建 void 数组、引用数组、函数数组、负大小数组、非整数大小数组或大小为零的数组

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
指定的成员不是需要类型的地方的类型
指定的成员不是需要模板的地方的模板
指定的成员不是需要非类型的地方的非类型

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 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

尝试在以下位置执行无效转换：

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，只有类型（如数组边界）中使用的常量表达式才需要被视为 SFINAE（而不是硬错误）。

(直到 C++11)

以下表达式错误是 SFINAE 错误

在模板参数类型中使用的不合规表达式
在函数类型中使用的不合规表达式

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

(自 C++11 起)

[编辑] 部分特化中的 SFINAE

在确定类或变量(自 C++14 起)模板的特化是由某些部分特化还是主模板生成时，也会发生推导和替换。在这种确定过程中，替换失败不被视为硬错误，而是使相应的局部特化声明被忽略，就像在涉及函数模板的重载解析中一样。

// 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，以便根据编译时求值的条件启用或禁用特定的重载。

此外，如果适当的编译器扩展不可用，则许多类型特征必须使用 SFINAE 实现。

(自 C++11 起)

标准库组件 std::void_t 是另一个实用元函数，它简化了部分特化 SFINAE 应用。

(自 C++17 起)

[编辑] 替代方案

在适用的情况下，标签分发、if constexpr(自 C++17 起)和概念(自 C++20 起)通常优于 SFINAE 的使用。

如果只需要有条件的编译时错误，则通常首选 static_assert 而不是 SFINAE。

(自 C++11 起)

[编辑] 示例

一种常见的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，逗号运算符的左子表达式是被检查的子表达式（强制转换为 void 以确保不选择返回类型上的用户定义的逗号运算符），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

以下行为变更缺陷报告被追溯应用到以前发布的 C++ 标准。

DR	应用于	发布时的行为	正确的行为
CWG 295	C++98	创建 cv 限定函数类型可能导致替换失败	不再是失败，丢弃 cv 限定
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将导致模板实例化以不同的顺序发生或根本不发生	这种情况是不合规的，无需诊断

编译器支持
自由的和宿主的
语言
标准库
标准库头文件
命名要求
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)
模板实参推导
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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