SFINEA in C++
作者：唐風
原載于：www.cnblogs.com/liyiwen
SFINAE(substitution failure is not a error) 主要用于模板函數(shù)，它是指，編譯器在使用具體類型來替換模板類型參數(shù)，對模板進行實例化（展開模板）時，如果發(fā)生替換失敗，那么并不會直接引發(fā)編譯錯誤（Error），而只是簡單地把這個模板從重載候選者中去除掉。
還是看看代碼吧（一個在SFINAE中常遇到的例子）：
代碼段1：
template <typename T>
bool is_class(int T::*) {
return true;
}
template <typename T>
bool is_class(...) {
return false;
}
struct Test {
};
int main(void) {
std::cout<<is_class<Test>(0)<<endl;
std::cout<<is_class<int>(0)<<endl;
}
運行的結果是輸出：
1
0
這表明，如果傳給 is_class 的模板參數(shù)是一個類，那么返回 true 的那個版本就會被選中，否則false的那個版本會被選中。就是因為SFINAE在起作用。
為什么要提SFINAE？
僅僅從程序員的角度來看，程序段1中，對相應函數(shù)選擇的結果是非常符合直觀的預期，與普通函數(shù)重載是很相似的感覺。
例如，對于下面這兩個函數(shù)：
int max(int a, int b) {return a>b?a:b}
float max(float a, float b) {return a>b?a:b}
int main(void) {
float x1=3.4f, x2=3.6f;
cout<<max(x1, x2);
}
對于 float 型的參數(shù)，float 版本的重載自然會很被選中。在外觀上看，程序段1是一樣的。那么為什么程序段1就需要特別的 SFNIAE 呢？
我想，對于普通函數(shù)的重載而言，由于這些函數(shù)的所有信息都已經(jīng)完備，在發(fā)生調用之前，編譯器已經(jīng)可以完成對這些函數(shù)的編譯，這些函數(shù)也不可能再被增加任何新的信息，可以直接產(chǎn)生執(zhí)行代碼。在函數(shù)的調用點上，編譯器只需要根據(jù)參數(shù)信息選擇一個合適函數(shù)的地址就可以了。
但是，對于模板函數(shù)重載，情況就不一樣了。我們分析下程序段1中，is_class<int>(0) 這個調用，在第一步的選擇中，無論從模板參數(shù)的個數(shù)、函數(shù)參數(shù)的個數(shù)來看，兩個 is_class 的實現(xiàn)都可能匹配，由于 int T::* （類成員指針）的匹配優(yōu)先級比 … 的要高，所以編譯器會先試圖使用第一個版本進行展開。但編譯展開的結果時發(fā)現(xiàn) int::* 是不合法的，于是編譯器就放棄展開這個函數(shù)，而取另一個函數(shù)進行展開，并得到正確的調用。
所以，在真正發(fā)生調用（應該說真正需要被展開）之前，模板函數(shù)中的信息是不完備的，編譯器無法為這些模板函數(shù)生成真正的執(zhí)行代碼，而只是進行一些很基本、簡單的檢查。所有的模板都不是“真正的代碼”，它們是編譯器用來生成代碼的工具。在需要展開的時候，編譯器從合適的候選者中選出優(yōu)先級最高的一個來進行實例化（展開）。在展開后的代碼如果不能正確被編譯（像上面例子中 int::* 這種情況），編譯器只是簡單地放棄這次展開，轉而尋找其它的模板。試想，如果編譯器在展開失敗后，直接產(chǎn)生一個編譯錯誤的話，其它的函數(shù)就沒有機會了，這是非常不合理的，因為：1.本次展開失敗并不意味著被展開的模板代碼就有問題，因為用其它類型的話還是有可能展開成功的。2.本次展開失敗并不代表用于展開的類型無法找到合適的模板，其它模板可能合用。
所以，我覺得，SFINEA 的意義就是：
編譯器在每個調用點上，只為當前需要實例化的類型尋找一個合適的模板進行展開，而不會為某一次實例化而展開所有可能合適的重載模板（函數(shù)）。
這是編譯器“智能”選擇模板的表現(xiàn)。普通函數(shù)重載則不一樣，無論是否被調用，或是無論調用點需要的是什么類型的重載，編譯器會將所有參與了重載的函數(shù)一個不落的全部編譯。如果對模板也采用同樣的方式，那么模板將受到巨大的局限而失去意義。
有了 SFINEA ，當我們在寫模板代碼的時候，就不需要擔心這些模板在使用某些類型進行展開的時候會失敗，從而造成程序編譯錯誤，因為我們知道編譯器只會在能展開的情況展開它們，展開失敗的情況下，這些代碼并不會真正進入你的程序中。
好了，在結束本文之前，我們再看看 SFINEA “知名”的一個例子：
程序段2：
template <typename T>
class is_class {
typedef char one;
typedef struct {char a[2];} two;
template <typename C>
static one test(int C::*);
template <typename C>
static two test(...);
public:
enum {value = sizeof(test<T>(0)) == sizeof(one)};
};
這是模板圣經(jīng)《C++ templates》中的一個例子（原程序可能不完全一樣），與程序段 1 不同的是，is_class<T>::value 是一個編譯期的 bool 值，而程序段 1 ，ture 或是 false 是在運行期才得到的結果。is_class<T>::value 這樣的“裝置”（device）經(jīng)常出現(xiàn)在模板編譯中，用于根據(jù)類型的某種特性（比如，是不是一個類？）來選擇不同的模板。boost 中的提供了很多類似的 device，再配合 boost::enable_if 來完成威力巨大的模板編程。
可以說，SFINEA 幾乎是隨處可見的，不可或缺的重要“原則”。:)
本文完。