C++17元组推导指南(CTAD)：隐式生成与用户自定义探究

代码示例 #

#include <utility>

template <class... Types>
class my_tuple {
public:
//  constexpr my_tuple() {}
//  explicit my_tuple(const Types&...){}
    template <class... UTypes> explicit my_tuple(UTypes&&...u){}

    template <class U1, class U2>
    my_tuple(const std::pair<U1, U2>& u) {}
};

// User-Defined Deduction Guides
// template<class...    UTypes>
// my_tuple(UTypes...)         -> my_tuple<UTypes...>; // #1
// template<class T1, class T2>
// my_tuple(std::pair<T1, T2>) -> my_tuple<T1, T2>;    // #2

int main(){

    int i = 1;
    double d = 4.5;

    auto mtp1 = my_tuple(i, d);         // CTAD #1

    const auto p = std::pair(i, d);
    auto mtp2 = my_tuple(p);            // CTAD #2

}

问题现象 #

• 仅启用上述两个构造函数时，类模板实参推导（CTAD）可正常工作，推测使用的是隐式生成的推导指南；
• 启用全部四个构造函数后，GCC和CLANG均报“multiple overloads instantiate to the same signature”编译错误；
• 此时启用用户自定义推导指南则恢复正常。

核心疑问 #

1. 为何初始状态下隐式推导指南可正常工作，而启用全部构造函数后必须使用用户自定义推导指南？
2. mtp1和mtp2的构造过程是依赖用户自定义推导指南，还是实际使用了隐式生成的推导指南？

另外，根据CPPreference说明，std::tuple的库推导指南仅用于处理隐式推导遗漏的边缘情况（如不可复制参数、数组转指针转换），而本例中的两个构造场景似乎不属于此类边缘情况。

个人推测的初始状态隐式推导指南 #

template<class...    UTypes>
my_tuple(UTypes&&...) -> my_tuple<UTypes&&...>; // #1

template<class U1, class U2>
my_tuple(const std::pair<U1, U2>&) -> my_tuple<const std::pair<U1, U2>&>; // #2

template <typename T>
my_tuple(my_tuple<T>) -> my_tuple<T> // #3 

一、初始状态隐式推导指南能工作的原因 #

初始状态下只有两个构造函数，编译器为它们生成的隐式推导指南签名无冲突：

1. 可变参数转发构造函数对应的推导指南是template<class... UTypes> my_tuple(UTypes&&...) -> my_tuple<UTypes&&...>，针对任意数量的转发参数；
2. 接受const std::pair<U1,U2>&的构造函数对应的推导指南是template<class U1, class U2> my_tuple(const std::pair<U1, U2>&) -> my_tuple<const std::pair<U1, U2>&>，参数数量固定为1，和第一个推导指南的匹配场景不重叠。

对于mtp1 = my_tuple(i,d)，编译器匹配第一个隐式推导指南，推导UTypes为int&, double&（左值转发引用推导为左值引用），最终my_tuple的模板参数是int&, double&，推导过程合法；对于mtp2 = my_tuple(p)，匹配第二个隐式推导指南，推导得到my_tuple<const std::pair<int,double>&>，同样能正常完成推导。

二、启用全部构造函数后报错的原因 #

启用另外两个构造函数后，问题出在接受const Types&...的构造函数和转发构造函数生成的隐式推导指南上：

• 转发构造函数的隐式推导指南是template<class... UTypes> my_tuple(UTypes&&...) -> my_tuple<UTypes&&...>；
• const Types&...构造函数对应的隐式推导指南是template<class... UTypes> my_tuple(const UTypes&...) -> my_tuple<UTypes...>。

当传入左值（比如i和d）时，这两个推导指南会实例化出签名完全相同的候选函数，编译器无法区分，从而触发“multiple overloads instantiate to the same signature”错误。

三、mtp1和mtp2的构造依赖哪种推导指南 #

• 初始状态（仅两个构造函数）时，完全依赖隐式生成的推导指南：mtp1匹配转发构造函数的隐式指南，mtp2匹配std::pair构造函数的隐式指南；
• 启用全部构造函数后，隐式指南出现冲突，必须用用户自定义推导指南覆盖：自定义指南my_tuple(UTypes...) -> my_tuple<UTypes...>会明确推导模板参数为UTypes的原始类型（而非引用），my_tuple(std::pair<T1,T2>) -> my_tuple<T1,T2>会将std::pair的成员类型作为my_tuple的模板参数，既解决了冲突，又符合std::tuple的预期行为。

四、关于std::tuple推导指南的补充 #

你提到的CPPreference说明没错，std::tuple的库推导指南确实是补全隐式推导的短板：比如隐式推导会把数组参数推导成指针，库指南会保留数组类型；对于不可复制的右值参数，隐式推导可能出问题，库指南能正确处理。你的例子中初始隐式推导虽能工作，但推导结果（比如my_tuple<int&, double&>）和std::tuple的预期（my_tuple<int, double>）不一致，这也是std::tuple需要自定义推导指南的原因之一。

内容的提问来源于stack exchange，提问作者J L