c++ - 模板类成员使用类本身作为模板参数时出现未定义类错误

Question

下面的代码摘录是一个我正在努力理解的涉及 C++ 模板的问题的最小工作示例。事实上，代码编译得很好。如果 main 之外的行被注释掉的函数被重新注释，我收到以下与第 73 行相关的编译错误，即 C<A> c(A<C<A>>(3.0)); :

testing.cpp(61): error C2079: 'C<A>::b_' uses undefined class 'A<C<A>>'
testing.cpp(10): note: see reference to class template instantiation 'C<A>' being compiled
testing.cpp(73): note: see reference to class template instantiation 'A<C<A>>' being compiled

第 69 行即 C<A> c(A<C<A>::this_class>(3.0));在所有情况下编译。

#include <iostream>
#include <vector>

using namespace std;

template<class Z>
class A {

public:
    // typedef typename Z::traits_type Traits;

    A(double data = 2.0) : data_(data) { 
        cout << "Constructing A with data: " << data_ << endl;
    }

    double data() const {
        return data_;
    }

    void setup(Z* z) {
        z_ = z;
    }

    void doStuff() const {
        // cout << "A's foo: " << Traits::foo() << endl;
        cout << "Instance of Z's data_: " << z_->data_ << endl;
    }

private:
    double data_;
    Z* z_;

};

//struct CTraits {
//    static int foo() {
//        return 1;
//    }
//};

template<template <class> class B = A>
class C {

public:
    typedef C<B> this_class;
    // typedef CTraits traits_type;

    C(const B<this_class>& b = B<this_class>()) : data_(4.0), b_(b) { 
        cout << "Constructing C using B with data: " << b_.data() << endl;
        b_.setup(this);
    }

    void doStuff() const {
        b_.doStuff();
    }

private:
    double data_;

    friend class B<this_class>;
    B<this_class> b_;

};

int main(int argc, char* argv[]) {

    // The following line compiles regardless of whether all lines above that 
    // are commented are commented in or out.
    // C<A> c(A<C<A>::this_class>(3.0));

    // This will not compile if the lines above, outside of main, that are commented 
    // out are commented back in.
    C<A> c(A<C<A>>(3.0));

    return 0;
}

我的问题是，为什么 C<A> c(A<C<A>>(3.0)); 这行当其上方的注释行在 main 之外时导致编译错误, 评论回来了吗？换句话说，什么变化导致编译失败？

此外，为什么 C<A> c(A<C<A>::this_class>(3.0)); 这行C<A> c(A<C<A>>(3.0)); 时编译才不是？换句话说，使用 C<A>::this_class 有什么特别之处？作为 A 的模板参数不仅仅是使用 C<A> ？

Answer 1

我使用 clang++ 成功重现了您的问题.

让我们从一个更简单的例子开始。保留您拥有的类定义，而是使用以下 main :

int main(int argc, char* argv[]) {
    A<C<A>> x(3.0);
}

编译失败——让我们找出原因(非正式地)。

编译器必须实例化类 A<C<A>> .为此，它会插入 C<A>进入A作为模板参数 Z .然后它看到行 typedef typename Z::traits_type Traits ，这需要它实例化 Z ，即 C<A> .实例化时 C<A> , 它设置模板参数 B至 A , 所以当它看到 B<this_class> b_它必须实例化 A<C<A>> .但这是我们一开始试图实例化的同一个类!这就是编译器给出错误的原因——它有一个“不完整的类型”，因为编译器意识到它已经开始实例化该类型，但尚未完成。

这与如果您定义会出错的原因相同:

class D {
    D x;
};

现在是问题的第二部分:为什么使用 this_class解决问题？要理解这一点，请考虑这个更简单的示例(同样具有与之前相同的类定义):

int main(int argc, char* argv[]) {
    typedef C<A>::traits_type y;
    A<C<A>> x(3.0);
}

这里发生的是 typedef语句需要编译器实例化 C<A>早期的。在这样做的过程中，它遇到了 b_像以前一样变量并尝试实例化 A<C<A>> ，再次插入C<A>进入A作为模板参数 Z .然后它看到行 typedef typename Z::traits_type Traits , 但此时它已经评估了 typedef CTraits traits_type对于 C<A>因此继续而不尝试实例化 C<A>再次。

原因

总结上述讨论，您所看到的行为有两个原因。首先，即使你只需要 C<A>::traits_type编译器将尝试实例化整个 C<A> .其次，编译器在访问 C<A>::traits_type 时可以处理不完整的类型。 ( Z<A>::traits_type )，但不是像 A<C<A>> b_ 那样实例化类型本身时(B<this_type> b_)。

为什么C<A> c(A<C<A>::this_class>(3.0));的原因作品是C<A>::this_class强制编译器实例化 C<A>早。

解决方法

一个可能的解决方法是提前显式实例化您需要的模板，以防止循环:

template class C<A>;
int main(int argc, char* argv[]) {
    C<A> c(A<C<A>>(3.0));
}