C++ std::derived_from解引用迭代器引用类型编译错误

• 本帖包含较多代码，已移除与问题无关的代码及大部分函数文档，若相关内容有参考必要可随时提出。
• 正在实现cu命名空间下的打印工具：print是顶层分发入口，println针对不同数据类型提供多个重载版本。
• 问题仅出现在打印std::vector<cu::ptext>对象的场景，其余测试用例均正常编译运行。

相关实现代码 #

println.h #

// All needed includes

namespace cu
{
    template<typename Dp>
    concept DefaultPrintable = requires(std::ostream& os, Dp ln)
    {
        os << ln;
    };
}

#ifdef _WIN32

namespace cu
{
    template<typename Po>
    concept PrettyTextObject = std::derived_from<Po, console::ptext> && requires(Po text)
    {
        text.display();
    };

    template<typename Ip>
    concept IteratorPrintable = !DefaultPrintable<Ip> && requires(Ip container)
    {
        std::begin(container);
        std::end(container);
        requires DefaultPrintable<decltype(*std::begin(container))> || 
            PrettyTextObject<decltype(*std::begin(container))>;
    };
}

#endif

namespace cu
{
    template<DefaultPrintable Dp>
    void println(Dp line)
    {
        std::cout << line;
    }
}

#ifdef _WIN32

namespace cu
{
    template<PrettyTextObject Po>
    void println(const Po& pretty_text)
    {
        pretty_text.display();
    }
}

#endif

namespace cu
{
    template<IteratorPrintable Ip>
    /**
     Allows iteratiable objects with well-formed std::begin() and std::end() to
     be printed, with each element being printed on its own line. THIS FUNCTION
     SHOULD NOT BE ACCESSED DIRECTLY. Instead, use cu::print() or cu::prompt().

     @param container The container whose elements should be printed.
    */
    void println(Ip container)
    {
        // Figure out size of container
        size_t elements_ct = 0;
        for (auto el = std::begin(container); el != std::end(container); ++el)
            elements_ct++;

        if (elements_ct > 0)
        {
            using ItTy = decltype(std::begin(container));

            struct ContainerLoop { ItTy itr; size_t i; };
            for (ContainerLoop cl{ std::begin(container), 0 }; cl.itr != std::end(container); ++cl.itr)
            {
                println(*cl.itr);
                if (cl.i++ < elements_ct - 1)
                    std::cout << '\n';
            }
        }
    }
}

namespace cu
{
    template<typename Ty>
    concept Printable = requires(Ty ln)
    {
        println(ln);
    };
}

print.h #

namespace cu
{
    /**
     Null case for print() which flushes the stream.
    */
    inline void print()
    {
        std::cout << std::flush;
    }

    template<Printable Pt, Printable... Pts>
    /**
     Prints all arguments to console on their own line. All arguments must be
     well-defined for cu::println([arg]).

     @param line   Current object to print to console
     @param others All other objects to send through recursive function call
    */
    void print(Pt line, Pts... others)
    {
        println(line);
        std::cout << '\n';

        print(std::forward<Pts>(others)...);
    }
}

测试驱动代码 #

cu::print("This is a test");  // 正常编译

std::vector<std::string> stest{ "This", "is", "test" };
cu::print(stest); // 正常编译

cu::print(cu::ptext("This is a test")); // 正常编译

std::vector<cu::ptext> ptest{ "This", "is", "test" };
cu::print(ptest);  // 编译失败

编译报错信息 #

<source>:151:1: error: no matching function for call to 'print'
cu::print(ptest);  // <-- This line does not compile
^~~~~~~~~
<source>:133:10: note: candidate template ignored: constraints not satisfied [with Pt = std::vector<cu::ptext>, Pts = <>]
    void print(Pt line, Pts... others)
         ^
<source>:125:14: note: because 'std::vector<cu::ptext>' does not satisfy 'Printable'
    template<Printable Pt, Printable... Pts>
             ^
<source>:111:9: note: because 'println(ln)' would be invalid: no matching function for call to 'println'
        println(ln);
        ^
<source>:120:17: note: candidate function not viable: requires 0 arguments, but 1 was provided
    inline void print()
                ^
1 error generated.
Compiler returned: 1

核心报错点：

• std::vector<cu::ptext>不满足Printable概念约束，无匹配的println重载
• 无参print重载仅支持0个入参，无法处理传入的1个参数

问题出在两个实现缺陷：

1. 类型检查未处理引用限定：IteratorPrintable概念中，通过decltype(*std::begin(container))获取的元素类型是cu::ptext&（迭代器解引用返回引用），而PrettyTextObject概念内的std::derived_from要求传入的是纯类类型，不支持引用类型，导致PrettyTextObject<cu::ptext&>判定为false，std::vector<cu::ptext>无法满足IteratorPrintable约束，匹配不到对应的println容器重载。
   这也是为什么std::vector<std::string>可以正常编译：DefaultPrintable的约束是os << ln，支持传入引用类型，不会触发该问题；单个cu::ptext传入时，模板参数推导为cu::ptext纯类型，也能正常匹配PrettyTextObject重载。
2. 平台宏块划分错误：IteratorPrintable概念定义被包裹在#ifdef _WIN32块内，但接收IteratorPrintable类型的println容器重载却在宏块外，非Windows环境下编译会直接报「IteratorPrintable未定义」错误。

1. 调整IteratorPrintable概念的位置，移出平台宏块，非Windows环境下跳过PrettyTextObject分支检查即可。
2. 获取容器元素类型时，使用std::remove_cvref_t去掉引用和const/volatile限定，得到纯值类型再做概念检查，需要提前包含<type_traits>头文件。

修复后的IteratorPrintable概念示例：

// 移出_WIN32宏块，全局可用
namespace cu
{
    template<typename Ip>
    concept IteratorPrintable = !DefaultPrintable<Ip> && requires(Ip container)
    {
        std::begin(container);
        std::end(container);
        // 先去除引用和cv限定，拿到纯元素类型
        using ElTy = std::remove_cvref_t<decltype(*std::begin(container))>;
        requires DefaultPrintable<ElTy>
#ifdef _WIN32
            || PrettyTextObject<ElTy>
#endif
        ;
    };
}

如果使用的C版本不支持C20的std::remove_cvref_t，可以替换为std::remove_cv_t<std::remove_reference_t<decltype(*std::begin(container))>>实现相同效果。

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