Ill-formed

Представьте себе, что вы студент, изучающий современные фичи C++. И вам дали задачу по теме concepts/constraints. У преподавателя, конечно, есть референсное решение "как правильно", но для вас оно неочевидно, и вы навертели гору довольно запутанного кода, который всё равно не работает. (И вы дописываете и дописываете всё новые перегрузки и специализации шаблонов, покрывая всё новые и новые претензии компилятора).

А теперь представьте себе, что вы преподаватель, который увидел эту гору, и захотел помочь студенту. Вы стали упрощать и упрощать его код, и даже тупо комментировать куски юнит-тестов, чтобы оно хоть как-то заработало... А оно всё равно не работает. Причём, в зависимости от порядка юнит-тестов, выдаёт разные результаты или вообще не собирается. Где-то спряталось неопределённое поведение. Но какое?

Сперва преподаватель (то есть, я) минимизировал код вот до такого: https://gcc.godbolt.org/z/TaMTWqc1T

// пусть у нас есть концепты указателя и вектораtemplate<class T> concept Ptr = requires(T t) { *t; };template<class T> concept Vec = requires(T t) { t.begin(); t[0]; };// и три перегрузки функций, рекурсивно определённые друг через другаtemplate<class T> void f(T t) {  // (1)  std::cout << "general case " << __PRETTY_FUNCTION__ << std::endl;}template<Ptr T> void f(T t) {  // (2)  std::cout << "pointer to ";  f(*t);  // допустим, указатель не нулевой}template<Vec T> void f(T t) {  // (3)  std::cout << "vector of ";  f(t[0]);  // допустим, вектор не пустой}// и набор тестов (в разных файлах)int main() {  std::vector<int> v = {1};    // тест А  f(v);  // или тест Б  f(&v);  // или тест В  f(&v);  f(v);  // или тест Г  f(v);  f(&v);}

Мы ожидаем, что

• f(v) выведет "vector of general case void f(T) [T=int]"

• f(&v) выведет "pointer to vector of general case void f(T) [T=int]"

А вместо это получаем

• А: "vector of general case void f(T) [T=int]"

• Б: "pointer of general case void f(T) [T=std::vector<int>]" ?

• В: clang выводит Б и А ?!, gcc ошибку линкера

• Г: clang и gcc выводят ошибку линкера

Что здесь не так?!

А не так здесь две вещи. Первая это то, что из функции (2) видны объявления только (1) и (2), поэтому результат разыменования указателя вызывается как (1).

Без концептов и шаблонов это тоже прекрасно воспроизводится: https://gcc.godbolt.org/z/47qhYv6q4

void f(int x)    { std::cout << "int" << std::endl; }void g(char* p)  { std::cout << "char* -> "; f(*p); }  // f(int)void f(char x)   { std::cout << "char" << std::endl; }void g(char** p) { std::cout << "char** -> "; f(**p); }  // f(char)int main() {  char x;  char* p = &x;  f(x);  // char  g(p);  // char* -> int  g(&p); // char** -> char}

В отличие от инлайн-определений функций-членов в классе, где все объявления видны всем, определение свободной функции видит только то, что находится выше по файлу.

Из-за этого, кстати, для взаимно-рекурсивных функций приходится отдельно писать объявления, отдельно (ниже) определения.

Ладно, с этим разобрались. Вернёмся к шаблонам. Почему в тестах В и Г мы получили нечто, похожее на нарушение ODR?

Если мы перепишем код вот так:

template<class T> void f(T t) {.....}template<class T> void f(T t) requires Ptr<T> {.....}template<class T> void f(T t) requires Vec<T> {.....}

то ничего не изменится. Это просто другая форма записи. Требование соответствия концепту можно записать и так, и этак.

Но вот если прибегнем к старому доброму трюку SFINAE, https://gcc.godbolt.org/z/4sar6W6Kq

// добавим второй аргумент char или int - для разрешения неоднозначностиtemplate<class T, class = void> void f(T t, char) {.....}template<class T> auto f(T t, int) -> std::enable_if_t<Ptr<T>, void> {.....}template<class T> auto f(T t, int) -> std::enable_if_t<Vec<T>, void> {.....}..... f(v, 0) .......... f(&v, 0) .....

или ещё более старому доброму сопоставлению типов аргументов, https://gcc.godbolt.org/z/PsdhsG6Wr

template<class T> void f(T t) {.....}template<class T> void f(T* t) {.....}template<class T> void f(std::vector<T> t) {.....}

то всё станет работать. Не так, как нам хотелось бы (рекурсия по-прежнему сломана из-за правил видимости), но ожидаемо (вектор из f(T*) видится как "general case", из main - как "vector").

Что же ещё с концептами/ограничениями?

Коллективный разум, спасибо RSDN, подсказал ещё более минималистичный код!

Всего 4 строки: https://gcc.godbolt.org/z/qM8xYKfqe

template<class T> void f() {}void g() { f<int>(); }template<class T> void f() requires true {}void h() { f<int>(); }

Функция с ограничениями считается более предпочтительной, чем функция без них. Поэтому g() по правилам видимости выбирает из единственного варианта, а h() - из двух выбирает второй.

И вот этот код порождает некорректный объектный файл! В нём две функции с одинаковыми декорированными именами.

Оказывается, современные компиляторы (clang 12.0, gcc 12.0) не умеют учитывать requires в декорировании имён. Как когда-то старый глупый MSVC6 не учитывал параметры шаблона, если те не влияли на тип функции...

И, судя по ответам разработчиков, не только не умеют, но и не хотят. Отмазка: "если в разных точках программы одинаковые обращения к шаблону резолвятся по-разному, такая программа ill-formed, никакой диагностики при этом не нужно" (однако, ill-formed означает "не скомпилируется", а не "скомпилируется как попало"...)

Проблема известна с 2017 года, но прогресса пока нет.

Так что живите с этим. И не забывайте объявлять взаимно-рекурсивные функции до определений. А если увидите странные ошибки линкера, то хотя бы будете понимать, из-за чего они возникают. (А если компилятор будет инлайнить наобум, ну, тогда не повезло).