GNU C++ std::variant实现变更相关编译问题咨询

问题背景 #

我有如下使用std::variant的示例代码：

#include <iostream>
#include <string>
#include <variant>

class Cat {
public:
    const std::string& getSound() const { return sound; };

private:
    std::string sound = "Meow.";
};

class Dog {
public:
    const std::string& getSound() const { return sound; };

private:
    std::string sound = "Bark.";
};

class House {
public:
    void resetAnimal(const auto&& animal) { v = std::move(animal); }
    const auto& getAnimal() const {
        return std::visit([](const auto& animal) -> decltype(animal)&
                          { return animal; }, v);
    }

private:
    std::variant<Cat, Dog> v;
};

int main() {
    House house;
    house.resetAnimal(Cat());

    std::cout << house.getAnimal().getSound() << std::endl;

    house.resetAnimal(Dog());

    std::cout << house.getAnimal().getSound() << std::endl;
    
    return 0;
}

这段代码用g8到g10版本，编译参数加-std=c++17和-fpermissive可以正常编译，运行后会分两行输出Meow.和Bark.，但用g++11及以上版本编译会报错，报错信息如下：

In file included from <source>:3:
/opt/compiler-explorer/gcc-11.1.0/include/c++/11.1.0/variant: In instantiation of 'constexpr decltype(auto) std::visit(_Visitor&&, _Variants&& ...) [with _Visitor = House::getAnimal() const::<lambda(const auto:23&)>; _Variants = {const std::variant<Cat, Dog>&}]':
<source>:25:26:   required from here
/opt/compiler-explorer/gcc-11.1.0/include/c++/11.1.0/variant:1758:29: error: static assertion failed: std::visit requires the visitor to have the same return type for all alternatives of a variant
 1758 |               static_assert(__visit_rettypes_match,
      |                             ^~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~
/opt/compiler-explorer/gcc-11.1.0/include/c++/11.1.0/variant:1758:29: note: '__visit_rettypes_match' evaluates to false
<source>: In member function 'const auto& House::getAnimal() const':
<source>:26:48: error: forming reference to void
   26 |                           { return animal; }, v);
      |                                                ^
Compiler returned: 1

用MSVC编译也会得到含义相近的报错，针对相关问题解答如下：

1. 这段示例代码是否可以使用g++11编译？若可以，需要如何操作？ #

不可以。g11开始修复了旧版本对std::visit的检查漏洞，严格执行C标准要求：std::visit传入的访问器必须对variant的所有可选类型返回完全相同的类型。你当前代码里的lambda会根据传入的类型返回const Cat&或const Dog&，属于不同类型，本身就不符合标准规范，旧版本是未做严格检查才允许编译通过，属于实现缺陷，g++11之后就算加-fpermissive也不会跳过该检查。

如果要保留原有功能不需要改外层调用，可以调整getAnimal的实现，把公共逻辑放到visit内部完成，例如：

const std::string& getSound() const {
    return std::visit([](const auto& animal) -> const std::string& {
        return animal.getSound();
    }, v);
}

2. 为什么添加-fpermissive参数可以让旧版本g++编译通过该代码？ #

-fpermissive的作用是降低编译器语法检查严格度，将部分不符合C标准的错误降级为警告，用来兼容非标准写法。
旧版g的std::visit实现没有严格做返回类型一致性的静态检查，加上-fpermissive之后编译器直接忽略了返回类型不一致的问题，所以能编译通过，这种行为本身不符合C++标准。

3. 这段示例代码是否可以使用MSVC编译？ #

不可以。MSVC的std::visit实现一直严格执行返回类型一致性检查，不存在旧版gcc的实现漏洞，就算加兼容参数也不会允许编译这种不符合标准的代码。

4. 这段示例代码是否可以使用clang编译？ #

不可以。clang的std::visit实现同样严格遵循C++标准要求，会直接报错返回类型不一致，和你测试的结果一致。

注：如果你坚持要按当前getAnimal返回auto&的写法实现，本质需求是运行时多态，std::variant本身不支持直接向外暴露不同类型的引用，要么改用继承多态实现，要么把逻辑封装到visit内部完成。

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