C++20下如何在模板函数中检测类实例是否包含指定成员？

我尝试在C++20的模板函数里用traits和模板特化检测类实例是否包含指定成员，定义了point2D和point3D两个结构体，以及判断是否含z成员的has_z trait。但取消print函数中判断并输出obj.z的代码注释后，编译point2D实例时会报错，提示point2D无z成员，求能解决该问题的最小修改方案及原因。

原尝试代码 #

#include <iostream>
#include <type_traits>

struct point2D {
    double x = 0.;
    double y = 0.;
};

struct point3D {
    double x = 0.;
    double y = 0.;
    double z = 0.;
};

template <typename T> struct has_z : std::false_type {}; // 默认情况
template <> struct has_z<point3D> : std::true_type {}; // 特化情况

template<typename T> void print(T const & obj) {
  std::cout << obj.x << " " << obj.y;
  //if (has_z<T>::value) std::cout << obj.z;
  std::cout << std::endl;
};

int main() {
  point2D pt2D;
  print(pt2D);
  point3D pt3D;
  print(pt3D);
}

编译运行结果：

>> g++ -o main main.cpp
>> ./main 
0 0
0 0

取消注释后的报错信息 #

>> g++ -o main main.cpp 
main.cpp: In instantiation of ‘void print(const T&) [with T = point2D]’:
main.cpp:27:8:   required from here
main.cpp:21:41: error: ‘const struct point2D’ has no member named ‘z’
   21 |   if (has_z<T>::value) std::cout << obj.z;
      |                                     ~~~~^

最小修改方案及原因 #

最小修改方案 #

把普通if替换为C++17引入的if constexpr：

if constexpr (has_z<T>::value) std::cout << " " << obj.z;

修改后的print函数：

template<typename T> void print(T const & obj) {
  std::cout << obj.x << " " << obj.y;
  if constexpr (has_z<T>::value) std::cout << " " << obj.z;
  std::cout << std::endl;
};

原因解释 #

• 普通if是运行时分支，模板实例化时会检查分支内所有代码的合法性，哪怕该分支永远不会执行。当T=point2D时，obj.z的代码会被编译器检查，而point2D没有z成员，直接触发编译错误。
• if constexpr是编译时分支，编译器会根据编译期常量条件（这里has_z<T>::value是编译期已知值），仅保留符合条件的分支代码。当T=point2D时，has_z<T>::value为false，包含obj.z的分支会被编译器完全丢弃，不会进行语法检查，自然不会报错。

内容的提问来源于stack exchange，提问作者fghoussen