c++ - 即使存在带有结束条件的重载，带有模板参数包的递归函数也会不断调用自身

Question

我试图编写自己的元组，并编写了以下代码:

#include<iostream>

template<typename T>
struct Holder{
    T elem;
};

template<typename firstType, typename ...types>
struct scatter : public Holder<firstType>{};

template<typename firstType,typename ...types>
struct myTuple: public scatter<firstType,types...>,public myTuple<types...>{};

template<typename firstType>
struct myTuple<firstType> : public scatter<firstType>{};

template<int>
struct IntToType{};

/* these work ok */
template<typename firstType,typename ...types>
auto getHelper(myTuple<firstType,types...> &tupleObj,IntToType<0>)
-> decltype((tupleObj.scatter<firstType,types...>::elem))
{
    return tupleObj.scatter<firstType,types...>::elem;
}

template<typename firstType,typename ...types,int index>
auto getHelper(myTuple<firstType,types...> &tupleObj,IntToType<index>)
-> decltype(getHelper(static_cast<myTuple<types...>&>(tupleObj),IntToType<index-1>()))
{
    return getHelper(static_cast<myTuple<types...>&>(tupleObj),IntToType<index-1>());
}

/* these don't work, the first getHelper function doesn't work as an exit */
//template<typename ...types>
//auto getHelper(myTuple<types...> &tupleObj,IntToType<0>)
//-> decltype((tupleObj.scatter<types...>::elem))
//{
//    return tupleObj.scatter<types...>::elem;
//}
//
//template<typename ...types,int index>
//auto getHelper(myTuple<types...> &tupleObj,IntToType<index>)
//-> decltype(getHelper(tupleObj,IntToType<index-1>()))
//{
//    return getHelper(tupleObj,IntToType<index-1>());
//}

template<int index,typename ...types>
auto get(myTuple<types...> &tupleObj)
    -> decltype(getHelper(tupleObj,IntToType<index>()))
{
    return getHelper(tupleObj,IntToType<index>());
}

int main(){
   myTuple<int,int,float,double> obj;
   get<0>(obj) = 2;
   get<3>(obj) = 3.5;
   std::cout<<get<0>(obj)<<std::endl;
   std::cout<<get<3>(obj)<<std::endl;
}

上面的代码工作正常，但是当我将两个 getHelper 函数模板替换为注释中的函数模板时，递归模板(第二个 getHelper)不断调用自身，并且编译失败。

这里有什么问题吗？

我还尝试了以下示例，效果很好:

#include <iostream>

template<int>
struct IntToType{};

template<typename ...types>
struct typelist{};

template<typename ...types>
void test(typelist<types...> &t,IntToType<0>){
    std::cout<<"test called with 0"<<std::endl;
}

template<typename ...types,int index>
void test(typelist<types...> &t,IntToType<index>){
    std::cout<<"test called with "<<index<<std::endl;
    test(t,IntToType<index-1>());
}

int main(){
    typelist<int,int,char> obj{};
    test(obj,IntToType<2>());
}

所以现在我更困惑了。

Answer 1

在有效的版本中，我们将其称为版本 A，您将通过执行 static_cast<myTuple<types...>&>(tupleObj) 删除每个递归调用中的第一个类型。哪里tupleObj是 myTuple<firstType,types...> 。所以firstType被扔掉了。

在失败的版本中，我们称之为版本 B，您没有删除任何内容:您直接传递 tupleObj其中包含所有类型。

这很重要，因为函数的签名包含传递给下一个递归调用的类型，位于尾随返回类型( -> decltype(...) )中。在版本 A 中，没有问题，因为在某些时候，参数包 types 中不再剩下任何类型。当编译器尝试实例化getHelper时firstType 没有剩余类型，它失败，停止实例化事物，然后解析调用。在版本B中，参数包中总有一些东西types ，因此编译器不断尝试实例化 getHelper使用相同的模板参数，但索引除外，索引每次都会减少。

模板参数推导发生在重载解析之前。在版本 B 中，即使重载解析会使用 IntToType<0> 选择正确的重载。 ，它无法到达那里，因为它陷入了模板参数推导:它尝试实例化无限数量的 getHelper功能。

为了让您相信这一点，在版本 B 中，更改主 getHelper对此的重载:

template<typename ...types,int index>
auto& getHelper(myTuple<types...> &tupleObj,IntToType<index>)
{
   return getHelper(tupleObj,IntToType<index-1>());
}

Demo
如果没有尾随返回类型，types...传递给下一个递归调用的不再是签名的一部分，并且编译器不再在尝试实例化越来越多的东西时陷入困境。请注意，输出可能不是您所期望的，并且 Clang 对此给出了有用的警告:此版本没有选择元组的正确元素。它总是选择第一个(在本例中是 int，因此会出现转换警告)。

您的另一个较小的示例 test有效是因为递归不是签名的一部分。将主要重载更改为此，您会遇到相同的问题情况:

template<typename ...types,int index>
auto test(typelist<types...> &t,IntToType<index>) -> decltype(test(t,IntToType<index-1>())) {
    std::cout<<"test called with "<<index<<std::endl;
    return test(t,IntToType<index-1>());
}

Demo
请注意，其他是否 test 并不重要。重载是否返回一个值，因为编译器甚至还没有足够远来进行重载解析。

我个人会继续使用版本 A，因为它工作得很好。如果您愿意，您可以通过删除尾随返回类型来简化它:

template<typename firstType,typename ...types>
auto& getHelper(myTuple<firstType,types...> &tupleObj,IntToType<0>)
{
    return tupleObj.scatter<firstType,types...>::elem;
}

template<typename firstType,typename ...types,int index>
auto& getHelper(myTuple<firstType,types...> &tupleObj,IntToType<index>)
{
    return getHelper(static_cast<myTuple<types...>&>(tupleObj),IntToType<index-1>());
}

template<int index,typename ...types>
auto& get(myTuple<types...> &tupleObj)
{
    return getHelper(tupleObj,IntToType<index>());
}

Demo

如果您想使用类似版本 B 的内容，您可以更改它以使用辅助函数删除每个递归调用中的第一个类型:

template<typename firstType, typename ...types>
auto myTupleWithoutFirstType(myTuple<firstType, types...>) -> myTuple<types...>;

template<typename ...types,int index>
auto getHelper(myTuple<types...> &tupleObj,IntToType<index>)
-> decltype(getHelper(static_cast<decltype(myTupleWithoutFirstType(myTuple<types...>{}))&>(tupleObj),IntToType<index-1>()))
{
   return getHelper(static_cast<decltype(myTupleWithoutFirstType(myTuple<types...>{}))&>(tupleObj),IntToType<index-1>());
}

Demo