8. SFINAE

SFINAE 是 Substitution Failure Is Not An Error ( 替换失败不是一个错误 ) 的缩写。 在 C++11 之前，这并不是一个正式的 C++ 规范术语。而是由 David Vandevoorde 在其书籍 C++ Templates: The Complete Guide 首次命名的概念。

整个术语有三个关键词：

  1. 替换

  2. 失败

  3. 错误

如果不能理解它们背后的准确含义，就很难正确的理解并应用 SFINAE 。

8.1. 函数重载

之所以会存在 SFINAE ，关键在于两点：

  1. C++ 允许函数重载；

  2. C++ 有函数模版；

没有这两点，SFINAE 也无从谈起。

而允许 函数重载 ，就意味着，同一个函数名，可能存在多个版本的定义。

因而，当你的代码中出现 函数调用 时，编译器需要弄明白，此 函数调用 究竟调用的是那个版本。而这个弄明白的过程， 被称作 Overload Resolution ( 重载决议 ) 。

其大致的过程如下：

  1. 编译器首先会根据 C++ 规范所定义的 名字查找 规则，找到所有符合名字查找规则的同名函数，作为 候选集 。如果 候选集 为空，编译器直接报错。

  2. 将明确不匹配的版本（比如参数个数不匹配）踢出 候选集 。

  3. 如果剩余的 候选集 里存在 函数模版 ，则需要对 模版参数 进行推演（如果调用时用户没有全部明确指定的话）。 如果类型推演失败，则将此函数模版移出 候选集 。 如果类型推演成功，则将指定的，或推演出的类型，对模版参数进行 替换 （ Substitution ）。 SFINAE 正是发生在这个环节：如果替换失败，编译器不会给出任何诊断信息，只是简单的将这个 函数模版 踢出 候选集 。如果替换成功，此模版函数 就被实例化为一个普通函数。( 函数模版 自身并不是 函数 )

  4. 到这一步依然还剩下的 候选集 ，被称作 viable candidates （ 可行候选集 ）。编译器下一步的任务是从 可行候选集 中 找到 最佳匹配 的版本。而这可能会导致三种结局：

    • 找到了 最佳匹配 版本。编译器将选择这个版本。

    • 可行候选集 为空。这将导致编译错误，编译器会抱怨找不到合适的定义。

    • 存在超过一个 最佳匹配 版本。这会导致 二义性 ，也会造成编译错误。

  5. 如果找到了 最佳匹配 版本，编译器还会进行其它检查（可见性，是否被声明为 =delete 等等）。

从这个过程我们就可以明确 SFINAE 的含义：某个函数调用的 候选集 中，如果存在 模版函数 ，则会对模版参数进行推演并替换， 而 替换失败 不会直接导致 编译错误 ，只会导致编译静悄悄地将此 模版函数 从 候选集 中移出。

8.1.1. 可行候选集

能够进入 可行候选集 的候选函数必须满足如下特征：

  1. 参数个数必须匹配。如果函数调用时程序员提供了 M 个参数，则候选函数参数个数必须属于如下三种情况之一：

    1. 有 M 个参数；

    2. 少于 M 个参数，但最后一个是变参；

    3. 多于 M 个参数，但第 M+1 及随后的参数都有默认值（或是变参）。

  2. 对于每一个 形参 ( parameter )，调用时对应的 实参 （ argument ）都可以通过 隐式转换 ( implicit conversion ) 转换为对应的 形参 类型。如果 形参 是引用类型，那么右值引用实参不能 绑定到 non-const 左值引用形参；左值引用实参不能绑定到右值引用形参。

8.1.2. 函数匹配度

为了选出 最佳匹配 版本，可行候选集 里任意两个函数必须能够对比 函数匹配度 。

假设我们有两个函数 A 与 B ，

  1. A 至少有一个参数比 B 更匹配，B 没有任何参数比 A 更匹配，则 A 比 B 更匹配；

  2. 如果 A 与 B 的参数匹配度一样， A 不是函数模版，但 B 是，则 A 比 B 更匹配；

  3. 如果 A 与 B 都是函数模版，但 A 比 B 更特化，则 A 比 B 更匹配。

8.1.3. 参数匹配度

上述规则中的第一条，是通过对比每一个 参数匹配度 ，来决定 函数匹配度 。而 参数匹配度 的对比规则如下：

  1. 标准转换 > 用户自定义转换 (通过 operator 定义的转换函数) > 变参 。

  2. 如果都是 标准转换 ，则

    1. 如果 A 的转换序列是 B 的转换序列的子序列，则 A 比 B 更匹配；否则，

    2. 精确匹配 > 数值向宽转换 > 类型转换 。

8.1.4. 等价的函数模版

两个函数模版是等价的，如果：

  1. 定义在相同的 scope 内；

  2. 同名；

  3. 模版参数等价，即：

    1. 模版参数个数一致；

    2. 每一对对应的模版参数的 kind 相同（都是类型，值，模版, 变参）；

    3. 如果某个参数是值，则类型应该相同；

    4. 如果某个参数是模版，模版应该等价；

  4. 包含了模版参数的返回值类型和函数参数类型的表达式应该等价；