为何三元运算符中两个std::chrono::duration会返回更高分辨率类型？

问题详情 #

当将两个不同分辨率的std::chrono::duration作为三元运算符的操作数时，返回值类型总是分辨率更高的那个，比如下面的代码：

#include <iostream>
#include <chrono>
#include <typeinfo>

using namespace std;
using namespace chrono;

int main()
{
    auto dur = true ? 0ms : 0s;
    cout << typeid(dur).name() << endl;
}

在MSVC环境下输出为：

class std::chrono::duration<__int64,struct std::ratio<1,1000> >

也就是std::chrono::milliseconds类型。对于内置类型，编译器天然知道它们的公共类型，但duration作为标准库模板，编译器是如何确定这个公共类型的？

为了验证三元运算符是否依赖std::common_type，我写了一段测试代码：

#include <iostream>
#include <type_traits>
#include <typeinfo>

using namespace std;

struct X {};

struct A
{
    operator X() { return X(); };
};

struct B
{
    operator X() { return X(); };
};

template<>
struct common_type<A, B>
{
    using type = X;
};

int main()
{
    cout << typeid(common_type_t<A, B>).name() << endl;
    cout << typeid(true ? A() : B()).name() << endl;
}

这段代码无法编译，编译器提示操作数类型不兼容，说明手动特化common_type对三元运算符的类型推导没有作用。那为什么不同的duration类型就能在三元运算符中正常工作？

解答 #

1. std::chrono::duration的特殊处理 #

C++标准为std::chrono::duration做了两项关键设计，让它能在三元运算符中正确推导类型：

• 特化的std::common_type：标准库专门为duration特化了std::common_type模板，其推导规则是：取两个duration周期的最小公倍数对应的分数作为公共类型的周期（也就是分辨率更高的方向），同时选择能容纳两个数值类型的公共表示类型。比如seconds（周期1秒）和milliseconds（周期1/1000秒）的公共类型就是milliseconds，因为1秒是1000毫秒的整数倍，转换不会丢失精度。
• 隐式转换支持：duration支持从低分辨率向高分辨率的隐式转换（比如seconds可以自动转成milliseconds），这满足了三元运算符对“两个操作数可转换为同一公共类型”的要求。

回到测试代码，0ms是std::chrono::duration<long long, std::milli>，0s是std::chrono::duration<long long, std::ratio<1>>，它们的common_type计算结果就是分辨率更高的milliseconds类型，所以三元运算符最终返回该类型。

2. 自定义类型失效的原因 #

为A、B特化common_type后依然无法通过编译，是因为C++三元运算符的类型推导规则并不直接依赖std::common_type：

• 三元运算符要求两个操作数要么可以互相隐式转换，要么都能隐式转换到同一个第三方类型，编译器才会将该类型作为返回类型。
• std::common_type本身只是一个类型萃取工具，只有当语言特性或标准库明确规定要使用它时（比如duration的场景），编译器才会关联它和类型推导逻辑。A和B之间没有互相转换的能力，虽然都能转成X，但编译器不会主动把common_type的结果X作为中间转换类型来使用。

而std::chrono::duration是标准库类型，C++标准明确规定了它的common_type特化规则，同时配套了对应的隐式转换，因此编译器能正确推导出三元运算符的返回类型。

内容的提问来源于stack exchange，提问作者Edison von Myosotis