为何此模板类可正常运行？解析std::less的特殊用法

问题背景 #

可正常运行的代码示例1 #

#include <iostream>

constexpr static auto less = std::less{};

#include <string>

std::string a = "1";
std::string b = "1";

int main(){
    std::cout << ( less( 6, 3 ) ? "Y" : "N" ) << '\n';
    std::cout << ( less( a, b ) ? "Y" : "N" ) << '\n';
}

cppreference上的简化实现 #

cppreference给出的std::less简化实现如下：

template<class T>
struct Less{
    constexpr bool operator()(const T &lhs, const T &rhs) const{
        return lhs < rhs;
    }   
};

按这个实现，std::less{};似乎必须指定具体类型（比如std::less<int>{}）才能生效，但上面的代码却能正常运行。如果换成下面这种无类模板参数、仅operator()模板化的实现，逻辑就通顺了：

struct Less{
    template<class T>
    constexpr bool operator()(const T &lhs, const T &rhs) const{
        return lhs < rhs;
    }   
};

但如果实际是这种实现，为什么标准库不用lambda而非要定义类？

看似矛盾的代码示例2 #

下面这段代码被描述为可运行：

#include <iostream>

constexpr static auto less = std::less<int>{};

#include <string>

std::string a = "1";
std::string b = "1";

int main(){
//  obviously for strings it no longer works.
//  std::cout << ( less( 6, 3 ) ? "Y" : "N" ) << '\n';
    std::cout << ( less( a, b ) ? "Y" : "N" ) << '\n';
}

这背后的原理到底是什么？

原理解析 #

1. std::less{}能生效的核心：C++17的类模板实参推导+void特化 #

cppreference的简化实现没有展示标准库的完整细节。真实的std::less包含一个针对void的特化版本，结合C++17引入的类模板实参推导（CTAD），让std::less{}可以正常工作：

标准库的实际实现大概是这样的：

// 主模板
template <class T = void>
struct less {
    constexpr bool operator()(const T& lhs, const T& rhs) const {
        return lhs < rhs;
    }
};

// void特化版本
template <>
struct less<void> {
    template <class T, class U>
    constexpr auto operator()(T&& lhs, U&& rhs) const
        noexcept(noexcept(std::forward<T>(lhs) < std::forward<U>(rhs)))
        -> decltype(std::forward<T>(lhs) < std::forward<U>(rhs)) {
        return std::forward<T>(lhs) < std::forward<U>(rhs);
    }
};

当你写std::less{}时，CTAD会自动推导使用less<void>特化版本。这个版本的operator()是模板化的，能接受任意类型的参数（只要lhs < rhs合法），所以可以同时处理int和std::string的比较。

2. 为什么不用lambda替代std::less类？ #

• 历史原因：std::less在C98就已经存在，而lambda是C11才引入的特性，标准库不可能用后出的特性替换早已存在的组件。
• 类型明确性：std::less是命名的、明确的类型，能直接作为容器的模板参数（比如std::set<int, std::less<int>>）；而lambda的类型是匿名的，必须用decltype才能作为这类场景的参数，使用起来不够直观。
• 接口一致性：标准库的比较器（std::less、std::greater等）遵循统一的设计模式，保持了接口的一致性，降低了开发者的学习成本。

3. 关于std::less<int>{}调用less(a,b)的说明 #

你提供的这段代码正常情况下应该编译失败：std::less<int>的operator()仅接受const int&类型的参数，而std::string没有隐式转换为int的逻辑。如果你的编译器能通过并运行，大概率是编译器的非标准扩展，或者代码存在笔误（比如误写为std::less{}而非std::less<int>{}）。

内容的提问来源于stack exchange，提问作者Nick