WikiSort.ru - Программирование

SFINAE (англ. substitution failure is not an error, «неудавшаяся подстановка — не ошибка») — механизм языка C++, связанный с шаблонами и перегрузкой функций.

Правило SFINAE гласит: Если не получается рассчитать окончательные типы аргументов (провести подстановку шаблонных параметров) перегруженной шаблонной функции, компилятор не выбрасывает ошибку, а ищет другую подходящую перегрузку. Ошибка будет в трёх случаях:

• Не нашлось ни одной подходящей перегрузки.
• Нашлось несколько таких перегрузок, и Си++ не может решить, какую взять.
• Перегрузка нашлась, она оказалась шаблонной, и при инстанцировании шаблона случилась ошибка.

Правило существовало ещё в C++98, и было придумано, чтобы программа не выдавала ошибок, если где-то в заголовочных файлах оказался одноимённый шаблон, далёкий от контекста. Но впоследствии оно оказалось удобно для рефлексии при компиляции — в зависимости от свойств типа компиляция идёт по тому или другому пути. Саму аббревиатуру SFINAE придумал Дэвид Вандервурд, автор книги «Шаблоны C++» (2002).

В стандарте C++11 правило SFINAE было несколько уточнено, концептуально не меняясь. Также в C++11 добавили несложный шаблон enable_if, действующий на правиле SFINAE и позволяющий инстанцировать шаблон при определённых условиях.

В C++17 добавили конструкцию if constexpr(), несколько снизившую надобность в SFINAE.

В C++20 обещают конструкцию explicit (true), и правило SFINAE было подкорректировано под новую возможность.

Изначальное назначение

Предположим, надо вызвать функцию

f(1, 2);

Есть такие версии этой функции:

(1) void f(int, std::vector<int>);
(2) void f(int, int);
(3) void f(double, double);
(4) void f(int, int, char, std::string, std::vector<int>);
(5) void f(std::string);
(6) void f(...);

Компилятор собирает эти функции в список и находит лучшую по определённым правилам — производит разрешение перегрузки (англ. overload resolution).

1. Сначала компилятор отбрасывает функции, которые не подходят по количеству параметров — 4 и 5.
2. Затем отбрасываются шаблонные подстановки, где не удалось рассчитать типы входных параметров и возврата — таковых нет.
3. Потом отбрасывается функция 1 — для неё нет подходящего преобразования типов.
4. И уж из 2, 3 и 6 по довольно сложным правилам компилятор выбирает 2 — оба типа точно совпадают. Если бы такого абсолютного победителя не было, компилятор выдал бы ошибку, указав, между какими вариантами он колеблется.

Шаг 2, связанный с шаблонными функциями, пока не задействован. Добавим к нашему списку ещё две функции.

(7) template<typename T>
    void f(T, T);
(8) template<typename T>
    void f(T, typename T::iterator);

Функция 7 будет отброшена на четвёртом шаге, потому что нешаблонная функция всегда сильнее шаблонной.

Интереснее с шаблоном 8. Он тут вообще не при делах, он рассчитан на некий класс, имеющий внутри тип iterator. Второй шаг и есть SFINAE: компилятор говорит, что T = int, пробует подставить int в шаблон, и отбрасываются те шаблоны, где подстановка не привела к успеху. Потому неудавшаяся подстановка — не ошибка.

Пример рефлексии при компиляции через SFINAE

Этот пример компилируется даже на C++03.

#include <iostream>
#include <vector>
#include <set>


template<typename T>
class DetectFind
{
    struct Fallback { int find; }; // add member name "find"
    struct Derived : T, Fallback { };

    template<typename U, U> struct Check;

    typedef char Yes[1];  // typedef for an array of size one.
    typedef char No[2];  // typedef for an array of size two.

    template<typename U>
    static No& func(Check<int Fallback::*, &U::find> *);

    template<typename U>
    static Yes& func(...);

  public:
    typedef DetectFind type;
    enum { value = sizeof(func<Derived>(0)) == sizeof(Yes) };
};

int main()
{
    std::cout << DetectFind<std::vector<int> >::value << ' '
              << DetectFind<std::set<int> >::value << std::endl;
    return 0;
}

Принцип действия: в строке sizeof(func<Derived>(0)) происходит разрешение перегрузки, и есть два варианта.

Первый шаблон func, возвращающий тип No, инстанцируется, если у объекта Check единственный член find — тот, который взят из предка Fallback. Если не удалось подставить параметры в первый шаблон, инстанцируется второй, возвращающий тип Yes.

Примечания

Ссылки

• https://en.cppreference.com/w/cpp/language/sfinae