C++11 SFINAE实现constexpr构造类型分支错误排查

原C17代码通过if constexpr结合std::is_literal_type<T>，为可constexpr构造的类型返回static constexpr单例，为其他类型返回static const单例。由于需要兼容C11/14，且std::is_literal_type已废弃，尝试用SFINAE实现分支逻辑，但所有类型均走非constexpr分支，请求排查错误。

原C++17代码 #

/** This function returns a reference to a read-only, default-constructed
  * static singleton object of type T.
  */
template <typename T> const T & GetDefaultObjectForType()
{
   if constexpr (std::is_literal_type<T>::value)
   {
      static constexpr T _defaultObject = T();
      return _defaultObject;
   }
   else
   {
      static const T _defaultObject;
      return _defaultObject;
   }
}

自行编写的C++11 SFINAE代码 #

#include <string>
#include <type_traits>

namespace ugly_constexpr_sfinae_details
{
   template<int> struct sfinae_true : std::true_type{};

   template<class T> sfinae_true<(T::T(), 0)> is_constexpr(int);
   template<class> std::false_type is_constexpr(...);
   template<class T> struct has_constexpr_f : decltype(is_constexpr<T>(0)){};

   // constexpr version
   template<typename T, typename std::enable_if<true == has_constexpr_f<T>::value, T>::type* = nullptr> const T & GetDefaultObjectForType()
   {
      printf("constexpr method called!\n");

      static constexpr T _defaultObject = T();
      return _defaultObject;
   }

   // non-constexpr version
   template<typename T, typename std::enable_if<false == has_constexpr_f<T>::value, T>::type* = nullptr> const T & GetDefaultObjectForType()
   {
      printf("const method called!\n");

      static const T _defaultObject = T();
      return _defaultObject;
   }
}

/** Returns a read-only reference to a default-constructed singleton object of the given type */
template<typename T> const T & GetDefaultObjectForType()
{
   return ugly_constexpr_sfinae_details::GetDefaultObjectForType<T>();
}

int main(int, char **)
{
   const int         & defaultInt    = GetDefaultObjectForType<int>();          // should call the constexpr     function in the namespace
   const float       & defaultFloat  = GetDefaultObjectForType<float>();        // should call the constexpr     function in the namespace
   const std::string & defaultString = GetDefaultObjectForType<std::string>();  // should call the non-constexpr function in the namespace

   return 0;
}

实际输出 #

$ ./a.out 
const method called!
const method called!
const method called!

期望输出 #

$ ./a.out 
constexpr method called!
constexpr method called!
const method called!

错误原因分析 #

核心问题在于has_constexpr_f的判断逻辑存在语法错误：

• T::T()是非法语法，构造函数不能通过类名::构造函数名()的方式直接调用（无论内置类型还是自定义类型，这种写法都会触发编译错误）。
• 由于上述语法错误，is_constexpr<T>(0)永远无法匹配第一个重载，只能匹配可变参数的std::false_type版本，导致has_constexpr_f<T>::value始终为false，所有类型都进入非constexpr分支。

修正后的C++11 SFINAE代码 #

我们需要修改类型判断逻辑，正确检测类型是否支持constexpr默认构造：

#include <cstdio>
#include <string>
#include <type_traits>

namespace ugly_constexpr_sfinae_details
{
    template<int> struct sfinae_true : std::true_type {};

    // 尝试在constexpr上下文中构造T，若可行则匹配此重载
    template<typename T>
    sfinae_true<0> is_constexpr_default_constructible(int, decltype( (void) constexpr T(), 0 )* = nullptr);

    // 兜底匹配
    template<typename>
    std::false_type is_constexpr_default_constructible(...);

    // 提取判断结果
    template<typename T>
    struct has_constexpr_default_ctor : decltype(is_constexpr_default_constructible<T>(0)) {};

    // constexpr版本分支
    template<typename T, typename std::enable_if<has_constexpr_default_ctor<T>::value, int>::type = 0>
    const T& GetDefaultObjectForType()
    {
        printf("constexpr method called!\n");
        static constexpr T _defaultObject = T();
        return _defaultObject;
    }

    // 非constexpr版本分支
    template<typename T, typename std::enable_if<!has_constexpr_default_ctor<T>::value, int>::type = 0>
    const T& GetDefaultObjectForType()
    {
        printf("const method called!\n");
        static const T _defaultObject = T();
        return _defaultObject;
    }
}

template<typename T> const T & GetDefaultObjectForType()
{
   return ugly_constexpr_sfinae_details::GetDefaultObjectForType<T>();
}

int main(int, char **)
{
   const int         & defaultInt    = GetDefaultObjectForType<int>();
   const float       & defaultFloat  = GetDefaultObjectForType<float>();
   const std::string & defaultString = GetDefaultObjectForType<std::string>();

   return 0;
}

关键修正点 #

1. 替换了错误的构造函数调用方式，改用constexpr T()在SFINAE的参数推导中验证是否能进行constexpr默认构造。
2. 简化了std::enable_if的写法，用int = 0替代指针类型默认参数，代码更简洁。
3. 修正后的判断逻辑能正确识别支持constexpr默认构造的类型（如int、float）和不支持的类型（如std::string）。

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