转换运算符模板特化

Question

这是一个理解转换运算符、模板和模板特化的主要学术练习。以下代码中的转换运算符模板适用于 int、float 和 double，但与 std::string 一起使用时失败...有点。我创建了到 std::string 的转换的专门化，它在与初始化 std::string s = a; 一起使用时有效，但在与 a 一起使用时失败强制转换 static_cast(a)。

#include <iostream>
#include <string>
#include <sstream>

class MyClass {
     int y;
public:
    MyClass(int v) : y(v) {}
    template <typename T>
    operator T() { return y; };
};

template<>
MyClass::operator std::string() {
    std::stringstream ss;
    ss << y << " bottles of beer.";
    return ss.str();
}

int main () {
    MyClass a(99);
    int i    = a;
    float f  = a;
    double d = a;
    std::string s = a;

    std::cerr << static_cast<int>(a) << std::endl;
    std::cerr << static_cast<float>(a) << std::endl;
    std::cerr << static_cast<double>(a) << std::endl;
    std::cerr << static_cast<std::string>(a) << std::endl; // Compiler error
}

上面的代码在 g++ 和 icc 中生成编译器错误，两者都抱怨没有用户定义的转换适合将 MyClass 实例转换为 std::string 上的 < code>static_cast （C 风格的强制转换行为相同）。

如果我用转换运算符的显式非模板版本替换上述代码，一切都会很高兴：

class MyClass {
    int y;
public:
    MyClass(int v) : y(v) {}
    operator double() {return y;}
    operator float()  {return y;}
    operator int()    {return y;}
    operator std::string() {
        std::stringstream ss;
        ss << y << " bottles of beer.";
        return ss.str();
    }
};

我的 std::string 模板专业化有什么问题？为什么它可以用于初始化但不能进行强制转换？

更新：

经过 @luc-danton 的一些模板魔法（我以前从未见过的元编程技巧），在启用实验性 C++0x 扩展后，我在 g++ 4.4.5 中运行了以下代码。除了这里所做的事情令人恐惧之外，需要实验性编译器选项本身就是不这样做的理由。无论如何，这希望对其他人和我一样具有教育意义：

class MyClass {
    int y;
public:
    MyClass(int v) : y(v) {}

    operator std::string() { return "nobody"; }

    template <
        typename T
        , typename Decayed = typename std::decay<T>::type
        , typename NotUsed = typename std::enable_if<
            !std::is_same<const char*, Decayed>::value &&
            !std::is_same<std::allocator<char>, Decayed>::value &&
            !std::is_same<std::initializer_list<char>, Decayed>::value
          >::type
    >
    operator T() { return y; }
};

这显然迫使编译器为 std::string 选择转换 operator std::string() ，它可以克服编译器遇到的任何歧义。

Answer 1

您可以通过仅使用与 GCC 的实际错误结合来重现问题

std::string t(a);

（错误：重载的'basic_string（MyClass＆）'调用不明确）我们有关于可能发生的情况的强有力线索：是复制初始化 (std::string s = a;) 和直接初始化情况下的一种首选转换序列（std::string t(a); 和 static_cast）至少有两个序列，其中一个不能优先于另一个。

查看所有带有一个参数的 std::basic_string 显式构造函数（在直接初始化期间唯一考虑的构造函数，而不是复制初始化），我们发现显式 basic_string(const Allocator& a = Allocator()); 这实际上是唯一的显式构造函数。

不幸的是，除了诊断之外，我无能为力：我想不出一个技巧来发现 operator std::allocator 是否已实例化（我尝试了 SFINAE 和 operator std::allocator() = delete;，没有成功），而且我对函数模板特化、重载解析和库要求知之甚少，无法知道 GCC 的行为是否符合或 不是。

既然你说这个练习是学术性的，我就不再像往常一样谩骂你，非显式转换运算符不是一个好主意。我认为你的代码是一个足够好的例子来说明为什么:)

---

我让 SFINAE 工作。如果运算符声明为：

template <
    typename T
    , typename Decayed = typename std::decay<T>::type
    , typename = typename std::enable_if<
        !std::is_same<
            const char*
            , Decayed
        >::value
        && !std::is_same<
            std::allocator<char>
            , Decayed
        >::value
        && !std::is_same<
            std::initializer_list<char>
            , Decayed
        >::value
    >::type
>
operator T();

那么就不存在歧义，并且代码将编译，将选择 std::string 的特化，并且生成的程序将按预期运行。我仍然没有解释为什么复制初始化没问题。

Answer 2

这里的static_cast相当于std::string(a)。

请注意，std::string s = std::string(a); 也无法编译。我的猜测是，构造函数有很多重载，并且模板版本可以将 a 转换为许多合适的类型。

另一方面，对于固定的转换列表，只有其中一个与字符串构造函数接受的类型完全匹配。

要测试这一点，请添加到 const char* 的转换 - 非模板化版本应该在同一位置开始失败。

（现在的问题是为什么 std::string s = a; 有效。它和 std::string s = std::string(a); 之间的细微差别是只有神才知道。）