C++ 模板的约束问题

究竟是什么让 C++ 的编程体验不佳(比如与 Rust 相比)?迷枵写了一段时间框架后终于发现,原来是模板的约束问题…

一个程序存在错误,什么时候会提示?最晚是运行时出错;好一点是编译时报错;最佳情况则是智能感知(实时语法分析器)直接提示错误。

模板会在编译期展开,因此模板本身(而非业务逻辑)的错误最晚也会在编译时显示。C++ 的模板编译报错懂得都懂,而且我们经常需要写一大段完整的代码后才会编译一次,这种发现错误的方式是非常低效的,那么如何让模板错误能够实时地提示呢?

主流的智能感知(VS、clangd、vscode_extension、CLion)都能够实时地分析模板签名,只要签名合法就不会报错,但不会检查主体部分的合法性。

比如这样一个函数模板: template <typename T> T add(const T& x, const T&y){ return x + y; }。很显然 T 要求实现了加法运算符,但这里的模板签名没有任何约束,因此智能感知会认为任何类型的 add 调用都合法。比如 add(&"1", &"2") ,智能感知不会提示错误,但编译时会因为 x + y 不合法而报错。

Example Codes
template<typename T>
T add(const T& x, const T& y) {
    return x + y;
}

int main() {
    add(1, 2); // 正确
    add(&"1", &"2"); // 编译错误,但智能感知不会提醒
}

处理此问题,在 C++20 之前会使用 SFINAE 技巧、C++20 后可以配合概念与约束,但是这依然不够!!只要你做过一些底层框架、就会发现完整的约束实现起来非常麻烦,第三方库的模板也往往约束不足。这就导致了经常会出现智能感知没有任何警告和报错,但是编译就是不通过(然后模板报错一大堆)的恶心情况。

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