含std::string引用的参数包模板实参推导失败问题求助

问题描述 #

我写了一个Command类，通过命名构造函数创建实例，为减少栈开销希望用const std::string&传递参数。生产代码中有多种继承自基类的Command类型，因此编写模板函数instantiate封装std::shared_ptr的冗余创建逻辑。但调用带引用参数的命名构造函数时，编译器无法推导模板参数，提示参数包不一致。直接调用带引用的命名构造函数正常，传值版本配合instantiate也正常，唯独带引用的版本失败，求原因及解决办法。

代码示例 #

#include <memory>
#include <string>

class Command
{
public:
    static Command* named_constructor_str_ref(const std::string &t)
    {
        return new Command(t);
    }
    static Command* named_constructor(const std::string t)
    {
        return new Command(t);
    }
    ~Command() = default;

private: 
    explicit Command(const std::string &t) : text(t) {}
    const std::string text;
};

template <typename T, typename... Ts>
std::shared_ptr<Command> instantiate(T *(*named_ctr)(Ts...), Ts... args)
{
    if(named_ctr != nullptr)
    {
        return std::shared_ptr<T>(named_ctr(args...));
    }
    return nullptr;
}

int main(void)
{
    const std::string s = "My text";

// 直接调用带引用的命名构造函数正常
    auto c1 = std::shared_ptr<Command>(Command::named_constructor_str_ref(s));

// 传值版本配合instantiate正常
    auto c2 = instantiate(Command::named_constructor, s);

// 带引用版本配合instantiate失败
    auto c3 = instantiate(Command::named_constructor_str_ref, s);

    return 0;
}

编译错误信息 #

<source>: In function 'int main()':
<source>:45:26: error: no matching function for call to 'instantiate(Command* (&)(const std::string&), const std::string&)'
   45 |     auto c3 = instantiate(Command::named_constructor_str_ref, s);
      |               ~~~~~~~~~~~^~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~
<source>:24:26: note: candidate: 'template<class T, class ... Ts> std::shared_ptr<Command> instantiate(T* (*)(Ts ...), Ts ...)'
   24 | std::shared_ptr<Command> instantiate(T *(*named_ctr)(Ts...), Ts... args)
      |                          ^~~~~~~~~~~
<source>:24:26: note:   template argument deduction/substitution failed:
<source>:45:26: note:   inconsistent parameter pack deduction with 'const std::__cxx11::basic_string<char>&' and 'std::__cxx11::basic_string<char>'
   45 |     auto c3 = instantiate(Command::named_constructor_str_ref, s);
      |               ~~~~~~~~~~~^~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~

原因分析 #

模板函数instantiate的Ts...参数包被用于两处推导：

1. 从命名构造函数的指针签名推导：named_constructor_str_ref的参数是const std::string&，所以Ts被推导为const std::string&
2. 从传入的实参s推导：s是const std::string类型，所以Ts被推导为const std::string

两种推导结果矛盾，编译器无法统一Ts的类型，因此报错。

解决方法 #

将模板的参数拆分为两组：一组对应函数指针的参数类型，另一组对应调用时传入的实参类型，让两组独立推导，避免冲突。同时用std::forward实现完美转发，保证参数传递的正确性。

修改后的代码：

#include <memory>
#include <string>
#include <utility>

class Command
{
public:
    static Command* named_constructor_str_ref(const std::string &t)
    {
        return new Command(t);
    }
    static Command* named_constructor(const std::string t)
    {
        return new Command(t);
    }
    ~Command() = default;

private: 
    explicit Command(const std::string &t) : text(t) {}
    const std::string text;
};

template <typename T, typename... FuncArgs, typename... CallArgs>
std::shared_ptr<Command> instantiate(T *(*named_ctr)(FuncArgs...), CallArgs&&... args)
{
    if(named_ctr != nullptr)
    {
        return std::shared_ptr<T>(named_ctr(std::forward<CallArgs>(args)...));
    }
    return nullptr;
}

int main(void)
{
    const std::string s = "My text";

    auto c1 = std::shared_ptr<Command>(Command::named_constructor_str_ref(s));
    auto c2 = instantiate(Command::named_constructor, s);
    auto c3 = instantiate(Command::named_constructor_str_ref, s); // 现在可正常编译

    return 0;
}

如果使用C++17及以上标准，还可以用更简洁的写法，直接让编译器推导函数指针类型：

template <typename T, typename Func, typename... Args>
std::shared_ptr<Command> instantiate(Func named_ctr, Args&&... args)
{
    if(named_ctr != nullptr)
    {
        return std::shared_ptr<T>(named_ctr(std::forward<Args>(args)...));
    }
    return nullptr;
}

内容的提问来源于stack exchange，提问作者RaKol