C++：解析模板类构造函数模板参数中int&...的用法

问题场景 #

我在一段源码中发现了如下使用int&...的模板类A示例（第1行）：

template <typename Char>
struct A {
 public:
  template <int&..., size_t N> // Line 1
  // template <size_t N>       // Line 2
  constexpr A(const Char (&arr)[N]) noexcept
      : ptr_(arr), len_(std::char_traits<Char>::length(arr)) {}

  const Char* c_str() const noexcept { return ptr_; }

 private:
  const Char* ptr_ = nullptr;
  size_t len_ = 0;
};

using AChar = A<char>;

template <typename Char, typename Traits>
std::basic_ostream<Char, Traits>& operator<<(
    std::basic_ostream<Char, Traits>& os,
    A<Char> view) {
  return os << view.c_str();
}

无论使用第1行还是第2行的模板参数定义，以下测试代码均可正常编译：

int main() {
  constexpr auto a = A{"hello"};
  static constexpr char kArr[] = "hell";
  constexpr auto a1 = A{kArr};
  constexpr A a2{"hello"};
  constexpr A a3{kArr};

  std::cout << a << '\n';
  std::cout << a1 << '\n';
  std::cout << a2 << '\n';
  std::cout << a3 << '\n';
}

相关内容提到了ExplicitArgumentBarrier（显式参数屏障），针对模板函数的示例如下：

template <int&... ExplicitArgumentBarrier, typename T>
void AcceptSomeReference(const T&) {}

这种写法会导致如下调用编译失败：

AcceptSomeReference<char>('c'); 

请问对于类A，如何进行显式模板参数指定的尝试才会被int&...阻止？

解答 #

核心原理 #

int&...作为模板参数的作用是阻止用户显式指定后续的模板参数：因为引用类型的模板参数无法被常规显式推导或指定（除非提供全局左值int变量的引用，但这并非正常使用场景，也违背设计意图）。

针对类A的验证尝试 #

类A的构造函数是模板函数，模板参数顺序为int&...在前、size_t N在后。如果尝试显式指定N的取值，就会触发这个屏障的阻止作用：

比如尝试以下写法：

// 尝试显式指定构造函数的模板参数N
constexpr A<char> a4 = A<char>::template A<5>("hello");

以上代码会编译失败，原因有两点：

1. 当显式指定5作为模板参数时，编译器会优先匹配第一个模板参数int&...，但5是右值，无法绑定到int&类型的引用参数；
2. C++不允许跳过前面的模板参数直接指定后面的——若要指定N，必须先为int&...提供合法实参，但实际上你无法提供符合要求的实参（需要全局左值int的引用，这不是正常使用场景）。

而如果是没有int&...的版本（第2行），上面的显式指定写法是合法的：

// 无int&...时，该写法可正常编译
constexpr A<char> a5 = A<char>::template A<5>("hello");

这就体现了int&...作为显式参数屏障的作用：强制用户让编译器隐式推导N，避免用户错误指定不符合数组实际长度的N值。

内容的提问来源于stack exchange，提问作者cbhattac