约束含前置非包模板参数时，带模板参数包的函数为何编译失败？

问题场景 #

我尝试编写一个通用版本的std::same_as，使其支持任意正数量的类型实参。首先写出了以下concept：

template <typename T1, typename... Ts>
concept all_same_v1 = (... && std::same_as<T1, Ts>);

但在使用这个concept时，下面的代码在GCC和Clang中无法编译，仅能在MSVC中编译：

template <typename... Ts> requires all_same_v1<Ts...>
void f(Ts&&... ts);

GCC给出的错误信息如下：

<source>:6:36: error: pack expansion argument for non-pack parameter 'T1' of concept 'template<class T1, class ... Ts> concept all_same_v1'
    6 | template <typename... Ts> requires all_same_v1<Ts...>
      |                                    ^~~~~~~~~~~~~~~~~~
<source>:3:11: note: declared here
    3 | template <typename T1, typename... Ts>
      |           ^~~~~~~~

相比之下，另一个O(N²)复杂度的实现可以在所有编译器中正常工作：

template <typename T, typename... Others>
concept same_with_others = (... && std::same_as<T, Others>);

template <typename... Types>
concept all_same_v2 = (... && same_with_others<Types, Types...>);

template <typename... Ts> requires all_same_v2<Ts...>
void f(Ts&&... ts);

原因解析 #

关于all_same_v1的编译错误 #

all_same_v1的模板参数列表是单个非包参数T1加上包参数Ts...，这意味着它要求调用时必须至少传入1个类型实参（T1的实参），后续实参可选。

但在requires all_same_v1<Ts...>的写法中，Ts...是一个模板参数包：

• 当Ts...为空包时，all_same_v1<Ts...>等价于all_same_v1<>，直接违反了all_same_v1对T1参数的必填要求；
• 即使Ts...非空，GCC和Clang严格遵循C++标准的模板实参匹配规则：包展开的实参不能直接填充包含非包参数的模板参数列表——编译器在模板声明阶段就会判定这种写法存在规则冲突，无法确定如何将Ts...的展开结果分配给T1和后续的Ts...包参数。

MSVC则采用了更宽松的非标准扩展逻辑，它会尝试将Ts...的第一个元素绑定到T1，剩余元素绑定到all_same_v1的Ts...包参数，因此可以编译通过，但这不属于标准行为。

关于all_same_v2的正确性 #

all_same_v2的实现通过双重包展开规避了参数匹配问题：

1. 外层对Types...的每个类型T，调用same_with_others<T, Types...>；
2. same_with_others负责检查单个类型T是否与所有Types类型相同。

这种写法的核心优势在于：

• same_with_others的模板参数列表是单个非包参数T加包参数Others...，调用时same_with_others<T, Types...>的参数匹配完全符合标准规则：T绑定到第一个参数，Types...绑定到Others...包参数；
• 即使Types...为空包，(... && same_with_others<Types, Types...>)会触发空折叠表达式，结果为true（符合空包“所有类型相同”的逻辑约定）；
• 所有编译器都认可这种标准的包展开和模板参数匹配方式，因此不存在编译差异。

内容的提问来源于stack exchange，提问作者Bernard