c++ - Eric Niebler 的 std::is_function 实现如何工作？

Question

上周埃里克·尼布勒 tweeted std::is_function 的非常紧凑的实现特质类:

#include <type_traits>

template<int I> struct priority_tag : priority_tag<I - 1> {};
template<> struct priority_tag<0> {};

// Function types here:
template<typename T>
char(&is_function_impl_(priority_tag<0>))[1];

// Array types here:
template<typename T, typename = decltype((*(T*)0)[0])>
char(&is_function_impl_(priority_tag<1>))[2];

// Anything that can be returned from a function here (including
// void and reference types):
template<typename T, typename = T(*)()>
char(&is_function_impl_(priority_tag<2>))[3];

// Classes and unions (including abstract types) here:
template<typename T, typename = int T::*>
char(&is_function_impl_(priority_tag<3>))[4];

template <typename T>
struct is_function
    : std::integral_constant<bool, sizeof(is_function_impl_<T>(priority_tag<3>{})) == 1>
{};

但它是如何工作的？

Answer 1

总体思路

而不是列出所有有效的函数类型，如 sample implementation over on cpprefereence.com ，这个实现列出了所有不是函数的类型，然后只解析为 true如果这些都不匹配。

非函数类型列表包括(从下到上):

类和 union (包括抽象类型)

任何可以从函数返回的东西(包括 void 和引用类型)

数组类型

不匹配任何这些非函数类型的类型是函数类型。请注意 std::is_function明确地将可调用类型(如 lambdas 或具有函数调用运算符的类)视为不是函数。
is_function_impl_
我们提供 is_function_impl 的重载每个可能的非函数类型的函数。函数声明可能有点难以解析，因此让我们将其分解为类和 union 案例的示例:

template<typename T, typename = int T::*>
char(&is_function_impl_(priority_tag<3>))[4];

这一行声明了一个函数模板 is_function_impl_它接受一个 priority_tag<3> 类型的参数并返回对 4 char 数组的引用s。从 C 语言的古老时代开始，按照惯例，声明语法因数组类型的存在而变得非常复杂。

此函数模板采用两个模板参数。第一个只是一个不受约束的 T ，但第二个是指向 T 成员的指针类型 int . int这里的部分并不重要，即。这甚至适用于 T没有任何类型 int 的成员的 s .但它所做的是会导致 T 的语法错误。不属于类或 union 类型的 s。对于那些其他类型，尝试实例化函数模板将导致替换失败。

类似的技巧用于 priority_tag<2>和 priority_tag<1>重载，它们使用它们的第二个模板参数来形成仅针对 T 编译的表达式s 分别是有效的函数返回类型或数组类型。只有 priority_tag<0>重载没有这样一个限制性的第二个模板参数，因此可以用任何 T 实例化。 .

总之，我们为 is_function_impl_ 声明了四种不同的重载，它们的不同之处在于它们的输入参数和返回类型。他们每个人都需要不同的 priority_tag type 作为参数并返回对不同唯一大小的 char 数组的引用。

标签调度在 is_function
现在，当实例化 is_function ，它实例化 is_function_impl与 T .请注意，由于我们为此函数提供了四种不同的重载，因此必须在此处进行重载解析。由于所有这些重载都是函数模板，这意味着 SFINAE有机会上场。

所以对于函数(并且只有函数)所有的重载都会失败，除了最通用的 priority_tag<0> .那么，如果实例化是最通用的，为什么不总是解决该重载呢？因为我们重载函数的输入参数。

请注意 priority_tag以这样的方式构建 priority_tag<N+1>公开继承自 priority_tag<N> .现在，由于 is_function_impl在此处使用 priority_tag<3> 调用，该重载比其他重载更适合重载解析，因此将首先尝试。仅当由于替换错误而失败时，才会尝试下一个最佳匹配，即 priority_tag<2>重载。我们以这种方式继续，直到我们找到可以实例化的重载或我们到达 priority_tag<0> ，它不受约束并且将始终有效。由于所有非函数类型都被更高的优先级重载覆盖，这只能发生在函数类型上。

评估结果

我们现在检查调用 is_function_impl_ 返回的类型的大小。来评估结果。请记住，每个重载都会返回对不同大小的 char 数组的引用。因此我们可以使用 sizeof检查选择了哪个重载并且只将结果设置为 true如果我们到达 priority_tag<0>重载。

已知错误

约翰内斯·绍布 found a bug在实现中。不完整的类类型的数组将被错误地归类为函数。这是因为数组类型的当前检测机制不适用于不完整的类型。