让std::expected调用类私有构造函数：设友元仍编译出错的问题

问题背景 #

我想要创建一个不可拷贝、不可移动的类，对象只能通过create静态函数构造（而非公有构造函数），create返回std::expected对象：要么持有构造完成的类实例，要么持有错误码。为了强制通过create构造，我把所有构造函数设为私有，核心目的是实现无异常的对象构造。

我尝试将std::expected<Foo, std::error_code>设为友元，允许它调用私有构造函数，但编译依然报错。示例代码如下：

class Foo
{
    int val_{};

public:
    Foo() = delete;
    Foo(const Foo&) = delete;
    Foo& operator=(const Foo&) = delete;

    static auto
    create(int val) noexcept -> std::expected<Foo, std::error_code>
    {
        if (val == 42)
            return std::unexpected<std::error_code>(std::in_place, EINVAL, std::generic_category());

        return std::expected<Foo, std::error_code>{ std::in_place, val };
    }

private:
    friend class std::expected<Foo, std::error_code>;

    explicit Foo(int val) noexcept
    : val_{ val }
    {};
};

错误原因 #

问题出在STL对std::expected的内部实现：直接友元std::expected<Foo, std::error_code>并不足够，因为实际负责构造Foo对象的是std::expected内部的辅助类（比如libstdc++中的__expected_storage，或其他STL实现里的类似内部结构），而非std::expected本身。这些内部类不在友元列表中，因此无法访问Foo的私有构造函数。

解决方案 #

最稳妥且跨平台的方案是使用标签分派（Tag Dispatch），既保留构造的私有性，又不需要依赖STL的内部实现：

修正后的代码 #

#include <expected>
#include <system_error>

class Foo
{
    int val_{};
    // 私有标签类型，仅Foo内部可访问
    struct ConstructorTag {};

public:
    Foo() = delete;
    Foo(const Foo&) = delete;
    Foo& operator=(const Foo&) = delete;
    // 禁止移动操作
    Foo(Foo&&) = delete;
    Foo& operator=(Foo&&) = delete;

    static auto create(int val) noexcept -> std::expected<Foo, std::error_code>
    {
        if (val == 42)
            return std::unexpected(std::error_code{EINVAL, std::generic_category()});

        // 传递私有标签，调用构造函数
        return std::expected<Foo, std::error_code>{std::in_place, ConstructorTag{}, val};
    }

    // 公有构造函数，但必须传入私有标签才能调用
    explicit Foo(ConstructorTag, int val) noexcept
        : val_{val}
    {}
};

方案优势 #

• 完全不依赖STL内部实现，跨平台兼容性好
• 依然能强制外部只能通过create函数构造Foo对象
• 实现了无异常的构造逻辑，符合最初的设计目标

内容的提问来源于stack exchange，提问作者k.st.