C++模板中Token构造/析构函数重复调用的解决方法咨询

我是C++模板新手，下面的代码是静态多态实现，但存在Token类型的构造函数与析构函数被重复调用的问题，请问如何实现构造函数与析构函数仅调用一次？

#include <iostream>
#include <vector>

template<typename T> class Scalar {
private:
    T s;
public:
    using value_type = T;
    Scalar (T const& v): s{v} {std::cout<<"Scalar const\n";}
    ~Scalar() { std::cout<<"Scalar destruct\n";}
    T const& operator [] (size_t) const { return s; }
    size_t size() const { return 0; }
};

template<typename T> class Token: private T {
public:
    using value_type = T::value_type;
    Token (typename T::value_type val): T(val) { std::cout<<"token constructor\n"; }
    Token (Token const& rhs) = delete;
    Token (Token&& rhs) =default;
    ~Token () { std::cout<<"token destruct\n"; }
    decltype(auto) operator [] (size_t idx) const 
        { std::cout<<"token const ref\n"; return static_cast<T const*>(this)->operator[](idx); }
};

template<typename T> std::vector<Token<T>> tokens;

template<typename T> void add_scalar (T value) {

    tokens<Token<Scalar<T>>>.emplace_back(value);
    std::cout<<"val " << tokens<Token<Scalar<T>>>[0][0]<<'\n';
} 

int main () {

  add_scalar<int>(10);
}

运行输出：

Scalar const
token constructor
token constructor
token destruct 
token destruct
Scalar destruct

问题原因 #

核心错误是模板参数嵌套层级错误：

• tokens是模板化的std::vector<Token<T>>，当调用tokens<Token<Scalar<T>>>.emplace_back(value)时，vector的实际类型为std::vector<Token<Token<Scalar<int>>>>——你试图在容器中存储Token<Token<Scalar<int>>>类型的对象。
• emplace_back(value)会先构造一个临时的Token<Scalar<int>>(value)，再用这个临时对象构造vector中的Token<Token<Scalar<int>>>元素（依赖默认生成的移动构造函数），这就导致两次Token构造；临时对象随后析构，程序结束时容器内的元素再析构，因此出现两次析构。

解决方案 #

修正add_scalar函数中tokens的模板参数，直接使用Scalar<T>而非Token<Scalar<T>>，让vector存储Token<Scalar<int>>类型，emplace_back会直接在容器内存中构造对象，避免临时对象的产生：

#include <iostream>
#include <vector>

template<typename T> class Scalar {
private:
    T s;
public:
    using value_type = T;
    Scalar (T const& v): s{v} {std::cout<<"Scalar const\n";}
    ~Scalar() { std::cout<<"Scalar destruct\n";}
    T const& operator [] (size_t) const { return s; }
    size_t size() const { return 0; }
};

template<typename T> class Token: private T {
public:
    using value_type = T::value_type;
    Token (typename T::value_type val): T(val) { std::cout<<"token constructor\n"; }
    Token (Token const& rhs) = delete;
    Token (Token&& rhs) = default;
    ~Token () { std::cout<<"token destruct\n"; }
    decltype(auto) operator [] (size_t idx) const 
        { std::cout<<"token const ref\n"; return static_cast<T const*>(this)->operator[](idx); }
};

template<typename T> std::vector<Token<T>> tokens;

template<typename T> void add_scalar (T value) {
    // 修正模板参数：用Scalar<T>代替Token<Scalar<T>>
    tokens<Scalar<T>>.emplace_back(value);
    std::cout<<"val " << tokens<Scalar<T>>[0][0]<<'\n';
} 

int main () {
  add_scalar<int>(10);
}

运行输出：

Scalar const
token constructor
token const ref
val 10
token destruct
Scalar destruct

额外说明 #

• emplace_back的作用是直接在容器内存中构造对象，避免拷贝/移动临时对象，但前提是模板参数要匹配，否则会先构造临时对象再转换，反而带来额外的构造析构。
• 你删除Token的拷贝构造函数、保留默认移动构造函数的做法是正确的，但模板参数错误时，依然会触发移动构造和临时对象的析构。

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