为何可变参数模板sum函数需要无参sum()？未调用却影响编译

问题描述 #

我想实现一个能计算任意数量参数之和的sum函数，假设传入的参数支持operator+运算符。但遇到一个奇怪的问题：当注释掉无参的sum()函数时，代码无法编译；取消注释后代码可正常运行，但这个无参函数从未被调用。我已经用sizeof...(Args)做了条件判断，实在搞不懂为什么必须保留它。

代码示例 #

/*
int sum() 
{
    std::cout << "Sum with 0 Args" << std::endl;
    return 0;
}
*/

template <typename T, typename...Args>
T sum(T first, Args...args) 
{
    // std::cout << sizeof...(Args) << std::endl;
    if (sizeof...(Args) != 0) 
    {
        return first + sum(args...);
    }
    else 
    {
        std::cout << "Found 0 args" << std::endl;
        return first;
    }
}

int main()
{
    std::cout << sum(1, 2, 3) << std::endl;
    std::cout << sum(1.2, 3.5) << std::endl;
    return 0;
}

取消注释无参sum()后的输出 #

Found 0 args
6
Found 0 args
4.7

原因解析 #

核心问题出在C++编译期检查和运行期条件判断的区别：

• 你写的if (sizeof...(Args) != 0)是运行时条件判断，但编译器在编译模板函数的时候，会检查所有分支的代码是否合法，不管这个分支在运行时会不会被执行。
• 当模板递归到最后一层（比如处理sum(3)时，此时Args是空参数包），编译器会同时检查if和else两个分支：
  • else分支直接返回first，逻辑合法；
  • if分支里的first + sum(args...)，此时args...是空，所以sum(args...)等同于调用无参的sum()。编译器必须找到这个函数的声明，否则就会报“找不到匹配的函数”错误。
• 而运行时，因为sizeof...(Args)为0，if条件不成立，所以永远不会执行到调用无参sum()的分支，这就是为什么你看不到无参函数的输出，但它必须存在才能让编译通过。

优化方案（可选） #

如果不想保留无参sum()函数，可以改用编译期条件判断（C++17及以上支持的constexpr if），这样编译器会在编译期就丢弃不满足条件的分支，不需要再声明无参函数：

template <typename T, typename...Args>
T sum(T first, Args...args) 
{
    if constexpr (sizeof...(Args) != 0) 
    {
        return first + sum(args...);
    }
    else 
    {
        std::cout << "Found 0 args" << std::endl;
        return first;
    }
}

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