C++中仅模板参数不同的函数模板重载规则疑问

你对普通函数重载的认知是正确的：普通函数的重载判定不会将返回值类型作为区分依据，仅返回值不同的普通函数属于非法重定义。但这一规则不能直接套用到函数模板上，你写的两个input模板可以正常编译，核心依据是C++标准中函数模板签名构成规则与模板重载推导规则，具体如下：

两个模板的签名存在本质差异 #

函数模板的签名构成和普通函数不同，除了函数名、函数形参列表、所属命名空间/类这些普通函数也有的签名要素外，模板形参列表的长度、构成，以及依赖模板参数的返回值类型，都属于函数模板签名的合法组成部分，可以作为重载的区分依据。
你写的两个模板签名从模板参数层面就完全不同：

• 第一个模板是双类型形参的函数模板：

  template <typename IN, typename ask>
  IN input(ask& str)
  

  它需要两个模板类型参数，其中IN仅出现在返回值位置，不会从函数实参推导。
• 第二个模板是单类型形参的函数模板：

  template <typename ask>
  string input(ask& str)
  

  它仅需要一个模板类型参数，返回值固定为std::string，不依赖额外模板参数。

重载决议时不会产生歧义 #

两个模板之所以能正常共存，核心是所有合法调用场景下，编译器都能唯一确定匹配的版本，不会出现二义性：

• 当你不显式指定模板参数直接调用，比如string s = input("请输入内容：")：第一个模板的IN参数没有出现在函数形参列表中，编译器无法从传入的实参推导IN的类型，根据SFINAE规则，这个版本会直接被从重载候选集中移除，只会匹配返回string的第二个模板。
• 当你显式指定第一个模板参数调用，比如int num = input<int>("请输入数字：")：显式传入的int会匹配第一个模板的IN形参，第二个模板只有一个模板形参，传入的int会被当做ask的实参，推导出来的函数形参类型是int&，和你传入的字符串实参类型不匹配，第二个版本会被排除，只会匹配第一个模板。
• 如果你显式传入两个模板参数，比如auto val = input<double, const char*>("请输入小数：")：第二个模板仅支持一个模板参数，传入两个实参时直接匹配失败，还是会选择第一个版本。

你可以用下面的代码验证调用逻辑，所有场景都不会出现编译错误：

#include <iostream>
#include <string>
using namespace std;

template <typename IN, typename ask>
IN input(ask& str){
    IN i;
    cout << str ;
    cin >> i;
    return i;
}


template <typename ask>
string input(ask& str){
    string i;
    cout << str ;
    cin >> i;
    return i;
}

int main() {
    int age = input<int>("请输入年龄：");
    string name = input("请输入姓名：");
    double height = input<double>("请输入身高：");
    cout << "姓名：" << name << "\n年龄：" << age << "\n身高：" << height << endl;
    return 0;
}

补充说明 #

如果两个函数模板的模板参数列表长度、函数形参列表完全一致，仅返回值（且返回值不依赖模板参数）不同，依然属于非法重定义，比如下面的写法就无法通过编译：

// 错误：两个模板签名除了固定返回值外无差异，属于重定义
template <typename T>
int func(T t) { return 1; }
template <typename T>
string func(T t) { return ""; }

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