有没有一种方法可以推断出函数指针模板参数的值？

Question

C++允许非类型模板参数是指针，包括函数指针、类型等。我最近在这里问了一个关于其有何用处的问题，并且这是对其中一个答案的跟进。

如果给定一个作为函数指针的函数参数，是否可以推断出函数指针模板参数的值？例如：

using VoidFunction = void(*)();

template <VoidFunction F>
void templ(VoidFunction);

...

void func();  // a VoidFunction

...

templ<func>(func);  // works, but I have to specify the template parameter explicitly
templ(func);        //  <-- I would like to be able to do this

有没有办法让这个推导发生呢？从编译器实现者的角度来看，只要函数参数可以在编译时解析为代码中的函数，技术上似乎是可行的。

如果你想知道背后的动机，请查看此答案下面的评论，特别是std::bind()实现的可能优化。

编辑：我意识到我可以简单地删除函数参数并使用模板参数，如templ<func>()。我添加函数参数的唯一目的是尝试避免传递模板参数。

我想要的是，推断出函数指针的类型，例如：

template <typename Function, Function F>
void templ(/* something */);

接着就可以调用

templ(func);

或者

templ<func>();

并且从函数指针的单个提及中推断类型和值。

希望现在更容易理解了。

- HighCommander4

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它该如何推断呢？例如，我可以这样做：template<std::size_t N> void foo(std::size_t i) {int arr[N]; /*fill*/ return arr[i];}。如果我忘记了模板参数，但这个推导是可以完成的，我肯定希望出现错误提示。 - chris

说起来，我不确定为什么它还需要作为函数参数传递。templ<func>(); 不就足够了吗？ - chris

@chris：没错，我之前的问题写得不太清楚 :) 请看我的修改。 - HighCommander4

我认为这是不可能的。曾经有一个提案可以推断出template<using typename T, T t>中的T，但我认为它没有被采纳。 - chris

如果您愿意将函数作为参数传递，那么为什么还想将同一个函数作为模板参数呢？template <typename Function> templ(Function func); 有什么问题吗？ - Igor Tandetnik

@IgorTandetnik：为了让编译器通过为每个作为参数传递的函数生成不同的实例（而不仅仅是每种类型的函数），从而更好地进行优化，然后在适当情况下将每个函数内联。 - HighCommander4

Answer 1

函数的模板参数类型用于推导函数的模板实参。只有当该类型是允许的形式之一时，才能从类型中推导出模板实参。这些允许的形式在[temp.deduct.type]中指定。

模板实参可以在几个不同的上下文中被推导，但在每种情况下，都会将以模板参数为基础指定的类型（称其为P）与实际类型（称其为A）进行比较，并尝试找到模板实参值（类型、非类型参数的值或模板参数的模板），使得在替换推导出的值（称其为推导出的A）后，P与A兼容。

如果P和A具有以下形式之一，则可以推导模板类型实参T、模板模板实参TT或模板非类型实参i：

T cv-list T T* T& T[integer-constant] template-name（其中template-name引用类模板） type(*)(T) T(*)() T(*)(T) T type::* type T::* T T::* T（type::*）() type（T::*）() type（type::*）（T） type（T::*）（T） T（type::*）（T） T（T::*）() T（T::*）（T） type[i] template-name&lt;i>（其中template-name引用类模板） TT<T> TT<i> TT<>

其中(T)表示包含T的至少一个参数类型的参数列表，()表示不包含T的参数列表。类似地，表示至少一个参数包含T的模板实参列表，表示至少一个参数包含i的模板实参列表，而<>表示没有参数包含T或i的模板实参列表。

仅考虑非类型模板参数时，相关形式是包含i的那些形式：

type[i] template-name&lt;i>（其中template-name引用类模板） TT<i>

因此，不能直接从函数指针的值中推导出该值的值。但是，如果函数参数具有指定的形式之一，则可以推导非类型模板参数的值。

以下代码通过将非类型模板参数值包装在名为NonType的类模板中来实现此目的。 f的参数采用template-name<i>的形式，使其非类型模板参数的值可以被推导出来。

template<typename T, T value>
struct NonType {};

template<typename T, T value>
void f(NonType<T, value>)
{
}

void g();

struct A
{
    void f();
    int m;
};

int i;

#define MAKE_NONTYPE(value) NonType<decltype(value), (value)>()

int main()
{
    f(MAKE_NONTYPE(0)); // NonType<int, 0>
    f(MAKE_NONTYPE(&g)); // NonType<void(*)(), &g>
    f(MAKE_NONTYPE(&A::f)); // NonType<void(A::*)(), &A::f>
    f(MAKE_NONTYPE(&A::m)); // NonType<int A::*, &A::m>
    f(MAKE_NONTYPE(&i)); // NonType<int*, &i>
}

请注意，此处仅使用decltype和MAKE_NON_TYPE宏仅为方便起见，以避免编写完整的NonType模板参数列表。

- willj