c++ - 模板类的类成员的特化

Question

令A为模板类，其中包含一个内部struct。我想根据A的模板参数专门化内部结构(并且仅此而已)。以下代码似乎可以正确完成此工作:

#include <iostream>

template <bool rgb>
struct A {
  struct colors;
  A();
};

template <>
struct A<true>::colors { enum : std::size_t { red, green, blue }; };

template <>
struct A<false>::colors { enum : std::size_t { cyan, magenta, yellow, black }; };

template<bool rgb>
A<rgb>::A()
{
    if (rgb) {
        std::cout << "rgb true" << std::endl;
    }
    else {
        std::cout << "rgb false" << std::endl;
    }
}

int main()
{
    using colors_true = A<true>::colors;
    using colors_false = A<false>::colors;

    A<true> at{};
    A<false> af{};
    std::cout << colors_true::red << std::endl;
    std::cout << colors_false::yellow << std::endl;
}

看到它 live on Coliru。

( A的构造函数只是为了说明我只是专门研究 A::colors)

现在，考虑 A包含附加模板参数的情况。我想模仿上面的代码，只专门设置 bool参数。但是，以下代码无法编译:

#include <iostream>

template <bool rgb, int i>
struct A {
  struct colors;
  A();
};

template <int i>
struct A<true, i>::colors { enum : std::size_t { red, green, blue }; };

template <int i>
struct A<false, i>::colors { enum : std::size_t { cyan, magenta, yellow, black }; };

template<bool rgb, int i>
A<rgb, i>::A()
{
    if (rgb) {
        std::cout << "rgb true";
    }
    else {
        std::cout << "rgb false";
    }
    std::cout << " i = " << i << std::endl;
}

int main()
{
    using colors_true = A<true, 2>::colors;
    using colors_false = A<false, 5>::colors;

    A<true, 2> at{};
    A<false, 5> af{};
    std::cout << colors_true::red << std::endl;
    std::cout << colors_false::yellow << std::endl;
}

看到它 live on Coliru。

编译错误为:

main.cpp:10:20: error: invalid class name in declaration of 'class A<true, i>::colors'

   10 | struct A<true, i>::colors { enum : std::size_t { red, green, blue }; };

      |                    ^~~~~~

main.cpp:13:21: error: invalid class name in declaration of 'class A<false, i>::colors'

   13 | struct A<false, i>::colors { enum : std::size_t { cyan, magenta, yellow, black }; };

      |                     ^~~~~~

A的部分特化，如以下代码所示

#include <iostream>

template <bool rgb, int i>
struct A {
  struct colors;
  A();
};

template <int i>
struct A<true, i> {
struct colors { enum : std::size_t { red, green, blue }; };
};

template <int i>
struct A<false, i> {
    struct colors { enum : std::size_t { cyan, magenta, yellow, black }; };
};

template<bool rgb, int i>
A<rgb, i>::A()
{
    if (rgb) {
        std::cout << "rgb true";
    }
    else {
        std::cout << "rgb false";
    }
    std::cout << " i = " << i << std::endl;
}

int main()
{
    using colors_true = A<true, 2>::colors;
    using colors_false = A<false, 5>::colors;

    A<true, 2> at{};
    A<false, 5> af{};
    std::cout << colors_true::red << std::endl;
    std::cout << colors_false::yellow << std::endl;
}

也不起作用。看到它 live on Coliru。在代码编译时， A的部分特化完全掩盖了构造函数 A::A()，如输出所示。换句话说，在上面的代码中，编译器选择了 A的两个部分专用的版本，其中未明确定义构造函数。

作为一种解决方法，我发现可以使用继承:

#include <iostream>

template <bool rgb>
struct colors_type;

template <>
struct colors_type<true> {
    struct colors { enum : std::size_t { red, green, blue }; };
};

template <>
struct colors_type<false> {
    struct colors { enum : std::size_t { cyan, magenta, yellow, black }; };
};

template <bool rgb, int i>
struct A : public colors_type<rgb> {
  A();
};

template<bool rgb, int i>
A<rgb, i>::A()
{
    if (rgb) {
        std::cout << "rgb true";
    }
    else {
        std::cout << "rgb false";
    }
    std::cout << " i = " << i << std::endl;
}

int main()
{
    using colors_true = A<true, 2>::colors;
    using colors_false = A<false, 5>::colors;

    A<true, 2> at{};
    A<false, 5> af{};
    std::cout << colors_true::red << std::endl;
    std::cout << colors_false::yellow << std::endl;
}

看到它 live on Coliru。

为什么仅在完全封闭化类的模板参数(第一代码)时而不对内部结构进行特殊化(第二代码)，才可以对内部结构进行特殊化？

除了继承技巧(第四代码)之外，还有其他解决方案吗？

Answer 1

这是指定语言的方式:

您可以显式专门化类模板的成员类(请参见[temp.expl.spec])

您可以为类提供部分特化(请参阅[temp.class.spec])

对[temp.class.spec]感兴趣:

A partial specialization of a class template provides an alternative definition of the template that is used instead of the primary definition

Each class template partial specialization is a distinct template and definitions shall be provided for the members of a template partial specialization

我认为您提供的继承技巧是最好的一种技巧，或者至少是最常用的一种技巧。