C++ variadic template template parameter pack匹配失败问题咨询

问题根本原因 #

• C++对模板模板参数的签名匹配是严格的。你声明的template<class...> class ... Templates要求传入的模板的所有参数都必须是类型参数，不允许包含非类型参数、模板模板参数。
  • 第一个示例中Obj的模板参数包含int B非类型参数，签名和要求不符，匹配失败。
  • 第二个示例中Obj的模板参数包含template <class, class> class B模板模板参数，同样不符合“所有参数都是类型”的要求，因此仍然匹配失败。
• 多个模板参数包有语法限制。C++标准要求模板参数列表中只能有一个末尾参数包，其余参数包必须能够通过实参推导或者有默认值，你写的template< template<typename... > typename ... Templates, class ... Types >把模板模板参数包放在普通类型参数包前面，编译器无法分割两个包的实参范围，因此报错。

可行解决方案 #

方案1：匹配模板模板参数签名 #

如果明确知道要传入的模板的参数列表，直接把Foo的模板模板参数声明和目标模板的签名对齐即可，以第一个示例为例，修复后代码如下：

template< class A, int B, class C>
struct Obj {
    A a_obj;
    static constexpr int b_value = B;
    C c_obj;
};

// 模板模板参数签名和Obj对齐，允许接收第一个参数是类型、第二个是int、第三个是类型的模板
template< template<class, int, class> class ... Templates >
struct Foo;

template<>
struct Foo<Obj> {
    Obj<void*, 5, float> obj;
};

int main() {
    Foo<Obj> foo;
    return 0;
}

上述代码在C++17标准下可以正常编译运行。

方案2：引入包装层兼容任意模板签名 #

如果需要Foo支持接收任意签名的模板，不需要每次修改Foo的模板参数声明，可以加一层模板包装器，把模板和它的参数打包成普通类型传入Foo：

// 通用模板包装器，兼容任意参数类型的模板
template<template<auto...> class Tmpl, auto... Args>
struct TmplPack {
    using type = Tmpl<Args...>;
};

// Foo仅接收普通类型参数包，无需处理模板模板参数的签名匹配
template<typename... TmplPacks>
struct Foo;

// 示例用法，包装Obj后传入
template<>
struct Foo<TmplPack<Obj, void*, 5, float>> {
    typename TmplPack<Obj, void*, 5, float>::type obj;
};

int main() {
    Foo<TmplPack<Obj, void*, 5, float>> foo;
    return 0;
}

这种方案也支持包含模板模板参数的模板传入，只需要调整包装器的参数适配即可。

方案3：C++20泛型模板模板参数 #

如果你可以升级到C++20标准，可以用auto占位符简化任意模板的匹配：

// C++20及以上支持，auto占位符可以匹配任意类型、非类型、模板模板参数
template<template<auto...> class ... Templates>
struct Foo;

这种写法可以直接兼容大部分参数签名的模板，无需手动对齐签名。

内容的提问来源于stack exchange，提问作者lurscher