递归数据结构中默认三路比较运算符的编译问题及解决方案问询

我尝试在递归数据结构中使用默认的三路比较运算符，代码如下：

struct MyStruct {
  int i;
  std::vector<MyStruct> v;
  std::partial_ordering operator<=>(const MyStruct &a) const = default;
};

// 失败：无法推导比较结果类型
static_assert(std::same_as<std::compare_three_way_result_t<MyStruct>,
          std::partial_ordering>);

这里存在循环依赖：默认的<=>运算符依赖整数比较和std::vector的比较类别，而vector的比较类别又依赖其value_type（即MyStruct）的比较类别。即使显式声明比较类型为std::partial_ordering也无济于事，但手动实现该函数却能正常工作：

struct MyStruct {
  int i;
  std::vector<MyStruct> v;
  std::partial_ordering operator<=>(const MyStruct &other) const {
    if (auto r = i <=> other.i; r != 0)
      return r;
    return v <=> other.v;
  }
};

// 正常
static_assert(std::same_as<std::compare_three_way_result_t<MyStruct>,
          std::partial_ordering>);

我的问题：

1. 是否有办法绕过这个问题？规范禁止重载std::compare_three_way_result，那有没有其他方式影响vector或std::lexicographical_compare_three_way？
2. 能否使用concepts或requires子句检测不完整类型？作为替代方案，我可自定义类在类型不完整时默认使用std::partial_ordering。

问题解答 #

1. 绕过默认<=>的循环依赖问题 #

没有直接的标准方法能绕过这个默认运算符的循环依赖限制，原因如下：

• 默认生成的<=>会立即推导所有成员的比较结果类型，包括std::vector<MyStruct>的比较类型，而此时MyStruct的比较类型尚未完全确定，形成循环依赖。
• 手动实现的<=>之所以能工作，是因为函数体的类型推导是延迟到实例化阶段的：当执行v <=> other.v时，MyStruct已经是完整类型，std::vector的比较类型可以正常推导。

你无法直接修改std::vector或std::lexicographical_compare_three_way的行为——标准不允许在std命名空间中添加非标准允许的特化。唯一可行的替代方案就是保持手动实现<=>，或者调整数据结构设计（比如将std::vector替换为指针/智能指针，推迟比较的类型推导，但这会改变语义）。

2. 用concepts检测不完整类型 #

可以通过自定义concept来检测类型是否完整，核心是利用C++中“对不完整类型应用sizeof会触发编译错误”的规则，结合requires子句的SFINAE特性：

#include <type_traits>

template<typename T>
concept complete_type = requires { sizeof(T); };

当T是完整类型时，sizeof(T)合法，complete_type<T>为true；若T不完整，则sizeof(T)不合法，concept约束不满足。

需要注意的是，这个检测仅在模板上下文中生效，因为SFINAE只对模板参数替换的错误起作用。对于非模板场景，直接对不完整类型使用sizeof会直接触发编译错误，无法通过concept优雅处理。

如果要实现“类型不完整时默认使用std::partial_ordering”的自定义类，可以结合该concept和条件推导：

#include <compare>
#include <vector>

template<typename T>
concept complete_type = requires { sizeof(T); };

template<typename T>
struct DefaultCompare {
    using type = std::partial_ordering;
};

template<complete_type T>
struct DefaultCompare<T> {
    using type = decltype(std::declval<const T&>() <=> std::declval<const T&>());
};

// 使用示例
struct MyStruct;
using CompareType = DefaultCompare<MyStruct>::type; // 此时MyStruct不完整，得到std::partial_ordering

struct MyStruct {
    int i;
    std::vector<MyStruct> v;
    typename DefaultCompare<MyStruct>::type operator<=>(const MyStruct& other) const = default;
};

不过这个方案对你的原始场景帮助有限——因为默认<=>的生成依然会遇到循环依赖问题，最终还是需要手动实现运算符才能解决递归类型的比较问题。

内容的提问来源于stack exchange，提问作者user3188445