如果使用引用实例化，为什么使用非类型模板参数实例化我的模板会导致编译错误？

Question

我有

value_list

结构模板：

template <decltype(auto)... values>
struct value_list
{};

我想实现一种能够通过索引访问模板参数的方法。 所以我最终得到了这个解决方案：

#include <type_traits>

namespace details
{
// Second parameter T is just to get rid of errors like this:
// Ambiguous partial specializations of 'at_impl<0, value_list<1>>'
template <std::size_t I, typename T, typename ValueList>
struct at_impl;

template <decltype(auto) Head, decltype(auto)... Rest>
struct at_impl<0, void, value_list<Head, Rest...>>
{
    static constexpr decltype(auto) value = Head;
};

template <std::size_t I, decltype(auto) Head, decltype(auto)... Rest>
struct at_impl<I, int, value_list<Head, Rest...>>
{
    static constexpr decltype(auto) value = at_impl<I-1, std::conditional_t<I-1 == 0, void, int>, value_list<Rest...>>::value;
};
}  // namespace details

template <std::size_t I, typename ValueList>
struct at
{
    static constexpr decltype(auto) value = details::at_impl<I, std::conditional_t<I == 0, void, int>, ValueList>::value;
};

template <std::size_t I, typename ValueList>
inline constexpr decltype(auto) at_v = at<I, ValueList>::value;

可以这样使用：

#include <iostream>

#define LOG(x) \
std::cout << #x << ": " << x << '\n'

int main()
{
    static constexpr int i = 5;
    const std::size_t index = 0;
    LOG((at_v<index, value_list<i>>));
    
    return 0;
}

输出：

(at_v<index, value_list<i>>): 5

但问题是，如果我们以引用作为参数实例化

value_list

模板，它就无法编译：

int main()
{
    static constexpr int i = 5;
    const std::size_t index = 0;

    constexpr const int & ri = i;
    LOG((at_v<index, value_list<ri>>));
    
    return 0;
}

错误：

implicit instantiation of undefined template 'details::at_impl<0, void, value_list<i>>'

如果

at_impl

包含引用，为什么

value_list

无法编译以及如何解决此问题？

如果您想使用我的代码，这里是 wanbox 的链接。

Answer 1

好吧，看来至少我弄清楚了如何修复我的代码，使其在所有三个主要编译器（msvc、gcc 和 clang）下同样工作。但在这种情况下，模板

at

应该位于

value_list

内部：

#include <tuple>
#include <type_traits>

template <decltype(auto)... Values>
struct value_list
{
    template <std::size_t I>
    using at_t = std::tuple_element_t<I, std::tuple<decltype(Values)...>>;

    template <std::size_t I>
    static constexpr at_t<I> at_v = std::get<I>(std::tuple<decltype(Values)...>(Values...));
};

int main()
{
    static constexpr int i = 5;
    constexpr const int & ri = i;
    
    using list = value_list<'t', ri, i, 10>;
    
    static_assert(std::is_same_v<decltype(list::at_v<0>), const char>);
    static_assert(std::is_same_v<decltype(list::at_v<1>), const int &>);
    static_assert(std::is_same_v<decltype(list::at_v<2>), const int>);
    static_assert(std::is_same_v<decltype(list::at_v<3>), const int>);
    static_assert(list::at_v<0> == 't');
    static_assert(list::at_v<1> == 5);
    static_assert(list::at_v<2> == 5);
    static_assert(list::at_v<3> == 10);
    static_assert(std::is_same_v<list::at_t<0>, char>);
    static_assert(std::is_same_v<list::at_t<1>, const int &>);
    static_assert(std::is_same_v<list::at_t<2>, int>);
    static_assert(std::is_same_v<list::at_t<3>, int>);
    
    return 0;
}

我已检查此代码是否已成功编译：

• x64 msvc v19.38
• AppleClang 14.0.0.14000029
• 海湾合作委员会12.3.0

关于我的问题中提供的“为什么”代码无法编译，我没有比“与 gcc 和 msvc 不同，由于某种原因 clang++ 无法编译此代码”更好的答案。

作为旁注： 在阅读了@TedLyngmo在评论部分提供的Sam的答案之一后，我仍然不明白为什么

static_assert(std::is_same_v<list::at_t<2>, int>);

被编译了？因为索引为 2 的参数是

i

，它是未加括号的 id 表达式（我错了吗？），那么根据 C++17 标准

decltype(i)

应该是由

i

命名的实体的类型。我们可以清楚地看到，类型是

const int

（不是

int

），因为

constexpr

意味着

const

。但同时我怀疑所有三个主要编译器都可能是错误的。相反，我没有考虑某些事情，这是另一个问题的主题。