可变参数模板重载解析：为何基类参数无法匹配派生类型？

我想为某一类型及其所有派生类创建带可变参数模板的函数重载。一开始只写了以基类作为首个参数的重载，但这个重载匹配不了派生类型。加上带concept或enable_if的第三个重载后就能匹配了（这时第一个重载其实没必要），但我搞不懂为什么调用派生类型时，基类参数的重载没被重载决议考虑。

代码示例：

#include <iostream>

struct A {};
struct B : public A {};

template<class... Types>
void func(Types... args)
{
    std::cout << "1";
}
template<class... Types>
void func(const A& a, Types... args)
{
    std::cout << "2";
}
// 为何需要这个重载才能覆盖派生类？
// 启用该函数时输出"3"，禁用时输出"1"
#if 1
template<typename dA, class... Types>
requires std::derived_from<dA, A>
void func(const dA& a, Types... args)
{
    std::cout << "3";
}
#endif

int main()
{
    func(B{});
}

进一步明确问题：为什么禁用第三个重载时输出1，启用时输出3？

核心原因：模板重载决议的匹配优先级与特化规则 #

1. 基类参数重载未被选中的原因 #

调用func(B{})时，编译器会筛选可行的模板重载：

• 第一个重载是接受任意参数的可变参数模板，推导后直接匹配func(B)，完全不需要任何隐式转换。
• 第二个重载要求第一个参数是const A&，要匹配的话必须把B隐式转换为const A&。虽然这是一个可行函数，但在重载决议的优先级排序中，完全匹配的模板实例化比需要隐式转换的实例化优先级更高，所以编译器会优先选第一个重载，输出1。

2. 带concept的重载被选中的原因 #

第三个重载通过std::derived_from限定了第一个参数必须是A的派生类（包括A本身），推导后得到func(const B&)，同样是完全匹配实参，不需要转换。此时和第一个重载比，根据C++模板的部分排序规则：更特化的模板会被优先选中。第三个重载只针对A的派生类，而第一个重载接受任意类型，显然前者更特化，因此编译器会选它，输出3。

简化实现 #

其实不需要前两个重载，只用带concept的版本就能覆盖基类和所有派生类（因为std::derived_from<A,A>在C++20中为true）：

#include <iostream>
#include <concepts>

struct A {};
struct B : public A {};

template<typename dA, class... Types>
requires std::derived_from<dA, A>
void func(const dA& a, Types... args)
{
    std::cout << "3";
}

int main()
{
    func(A{}); // 匹配成功，输出3
    func(B{}); // 匹配成功，输出3
}

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