Clang中的歧义操作符过载

Question

请考虑以下几点：

template<typename T>
struct C {};
template<typename T, typename U>
void operator +(C<T>&, U);

struct D: C<D> {};

struct E {};
template<typename T>
void operator +(C<T>&, E);

void F() { D d; E e; d + e; }

这段代码在GCC-7和Clang-5上都编译得很好。为operator +选择的重载是struct E的重载。

现在，如果发生以下更改：

/* Put `operator +` inside the class. */
template<typename T>
struct C {
    template<typename U>
    void operator +(U);
};

也就是说，如果operator +是在类模板中定义的，而不是外部的，那么Clang会在代码中的两个operator +之间产生歧义。GCC仍然编译得很好。

这一切为什么要发生？这是GCC还是Clang的问题？

Answer 1

这是gcc的一个bug，具体来说，是bug.cgi?id=53499。

问题在于gcc将类模板成员函数的隐式对象参数视为依赖类型，即函数模板偏序gcc变换过程中的对象参数。

C<D>::template<class U> void operator+(U);  // #1

转到

template<class T, class U> void operator+(C<T>&, U);  // #1a (gcc, wrong)

当它应该被转化为

template<class U> void operator+(C<D>&, U);  // #1b (clang, correct)

我们可以看到，与你的

template<class T> void operator+(C<T>&, E);  // #2

#2比错误的#1a要好，但与#1b有歧义。

请注意，gcc甚至在C<D>根本不是模板时也不正确地接受--也就是说，当C<D>是类模板完全专门化时：

template<class> struct C;
struct D;
template<> struct C<D> {
    // ...

[temp.func.order]/3对此进行了介绍，并在示例中作了说明。请再次注意，gcc错误地编译了这个例子，错误地拒绝了它，但出于同样的原因。

Answer 2

编辑:这个答案的原稿说GCC是对的。我现在相信，按照这个标准的措辞，Clang是正确的，但是我可以看到GCC的解释也是正确的。

让我们看一下您的第一个例子，其中两个声明是：

template<typename T, typename U>
void operator +(C<T>&, U);
template<typename T>
void operator +(C<T>&, E);

两者都是可行的，但很明显，第二个模板比第一个模板更专业。所以GCC和Clang都解决了对第二个模板的调用。但是让我们看看temp.func.order，看看为什么在标准的措辞中，第二个模板更专业。

偏序规则告诉我们用一个唯一的合成类型替换每个类型的模板参数，然后对另一个模板执行演绎。在此方案下，第一个重载类型将变为

void(C<X1>&, X2)

而对第二个模板的演绎失败，因为后者只接受E。第二种重载类型变成

void(C<X3>&, E)

并成功地对第一个模板进行了演绎(使用T = X3和U = E)。由于演绎只在一个方向成功，接受另一个转换类型(第一个)的模板被认为不那么专业化，因此选择第二个重载作为更专门化的模板。

当第二个重载移到类C中时，仍然会发现两个重载，并且重载解析过程应该以完全相同的方式应用。首先，为两个重载构造参数列表，并且由于第一个重载是一个非静态类成员，因此插入了一个隐含的对象参数。根据over.match.funcs，该隐含对象参数的类型应该是"lvalue引用C<T>“，因为函数没有ref-限定符。所以这两个参数列表都是(C<D>&, E)。由于这无法在这两个重载之间进行选择，偏序测试再次启动。

在temp.func.order中描述的偏序测试还插入了一个隐含的对象参数：

如果只有一个函数模板M是某个类A的非静态成员，则M被认为在其函数参数列表中插入了一个新的第一个参数。给定cv作为M的cv -限定符(如果有的话)，如果M的可选ref-限定符是&&，或者如果M没有ref-限定符，而其他模板的第一个参数具有rvalue引用类型，则新参数的类型为“rvalue引用到cvA”。否则，新参数类型为“lvalue引用cv A”。注意:这允许对一个非成员函数对一个非静态成员进行排序，其结果相当于两个等效的非成员的排序。-尾注

这一步大概是GCC和Clang对标准的不同解释。

我的看法：operator+成员已经在C<D>类中找到了。没有推导类T的模板参数C；它是已知的，因为名称查找过程进入了D的具体基类C<D>。因此，提交给偏序的实际operator+没有空闲的T参数；它不是void operator+(C<T>&, U)，而是void operator+(C<D>&, U)。

因此，对于成员重载，转换后的函数类型不应该是void(C<X1>&, X2)，而应该是void(C<D>&, X2)。对于非成员重载，转换后的函数类型仍然是void(C<X3>&, E)。但是现在我们看到void(C<D>&, X2)不是非会员模板void(C<T>&, E)的匹配，void(C<X3>&, E)也不是成员模板void(C<D>&, U)的匹配。因此偏序失败，重载解析返回一个不明确的结果。

GCC决定继续选择非会员过载，如果你假设它是从词汇上为成员构造转换的函数类型，使它仍然是void(C<X1>&, X2)，而Clang在开始偏序测试之前将D替换到模板中，只留下U作为一个自由参数，这是有意义的。