如何为C++非类型模板参数定义等价判定规则？

问题背景 #

我研究了以非类型模板参数作为“标签”的模板参数推导机制，发现编译器判断这类参数是否等价时，遵循的是逐字节相等规则，完全不考虑用户自定义的operator==逻辑。

示例代码 #

struct S1 {
    constexpr S1(int v) : _v(v)
    {};
    constexpr bool operator == (const S1& other) { return true;} 
    int _v;
};

template <S1 Tag, typename ValueType>
struct TagedValue { ValueType value; };

struct Test : TagedValue<S1{0}, int>, TagedValue<S1{1}, double> {};

template <S1 Idx, typename T>
auto& get(TagedValue<Idx, T>& test) {
    return test.value;
}

int main()
{
    Test test;
    get<S1{1}>(test); // 能正常编译，尽管S1{0} == S1{1}返回true
    static_assert(S1{0} == S1{1});
}

现象说明 #

如代码所示，我为S1自定义了operator==，规定任意两个S1实例都相等，但编译器在推导get函数的模板参数时，依然会检查S1实例的实际内存内容是否一致：

• S1{0}和S1{1}作为模板参数时，编译器认为二者不等价，因此get<S1{1}>(test)能精准匹配到对应的TagedValue<S1{1}, double>基类，编译正常。
• 若将Test的定义改为：

  struct Test : TagedValue<S1{1}, int>, TagedValue<S1{1}, double> {};
  

  编译器会报错提示歧义，因为此时两个基类的模板参数完全等价，get函数无法确定要匹配哪一个。

核心问题 #

是否可以重新定义这种非类型模板参数的“推导等价规则”？

回答 #

不行，C++标准对非类型模板参数的等价性判断有明确规定，完全独立于用户自定义的operator==：

• 对于类类型的非类型模板参数（C++20及以后要求为字面类型），等价性判断基于其核心常量表达式的相等性：如果是聚合类型，会逐字节比较成员的常量值；如果是非聚合的字面类型，则根据构造它的常量参数是否完全一致来判定。
• 用户自定义的operator==是程序逻辑层面的相等判断（即使是常量表达式中的判断），和模板参数的等价性属于不同范畴——模板参数的等价性是编译期用来区分不同模板特化的“标识”，本质是编译器对模板实例的唯一性判定依据。

如果想要让不同的S1实例作为模板参数时被视为等价，可以修改S1的定义，让所有实例的核心常量状态一致。例如：

struct S1 {
    constexpr S1(int) {} // 忽略传入参数，不存储状态
    constexpr bool operator == (const S1& other) { return true;} 
};

此时S1{0}和S1{1}作为模板参数时，编译器会认为二者等价，再定义包含重复标签的Test基类时，就会触发歧义报错，和补充说明中的情况一致。

内容的提问来源于stack exchange，提问作者Dmitry