面试题：C++函数模板类型参数替换与SFINAE

Question

已知有函数模板template <typename T> auto func(T t) -> decltype(t + 1) { return t + 1; } 和 template <typename T> std::enable_if_t<!std::is_integral_v<T>, void> func(T t) { /* 空实现 */ }。请解释这两个模板函数的作用，以及在调用func(5)和func(5.5)时，类型参数替换过程是如何遵循SFINAE原则进行的。

Answer 1

1. 模板函数作用解释：
   • template <typename T> auto func(T t) -> decltype(t + 1) { return t + 1; }：
     • 这个函数模板适用于那些支持与整数 1 相加操作的类型 T。decltype(t + 1) 用于推导函数的返回类型，它返回 t 与 1 相加后的类型。例如，如果 t 是 int 类型，返回类型就是 int；如果 t 是 double 类型，返回类型就是 double。
   • template <typename T> std::enable_if_t<!std::is_integral_v<T>, void> func(T t) { /* 空实现 */ }：
     • 这个函数模板使用了 std::enable_if 元函数。std::is_integral_v<T> 用于判断类型 T 是否为整数类型。std::enable_if_t<!std::is_integral_v<T>, void> 表示当 T 不是整数类型时，这个模板才是有效的。如果 T 是整数类型，这个模板会被从候选函数集中排除（根据 SFINAE 原则）。此函数实现为空，它主要用于处理非整数类型的情况，虽然当前为空实现，但可以在其中添加对非整数类型的特定处理逻辑。
2. 类型参数替换过程遵循 SFINAE 原则的分析：
   • 调用 func(5) 时：
     • 首先，对于第一个模板 template <typename T> auto func(T t) -> decltype(t + 1) { return t + 1; }，当 T 被替换为 int（因为实参 5 是 int 类型）时，decltype(5 + 1) 是有效的，推导返回类型为 int，此模板函数是有效的候选函数。
     • 对于第二个模板 template <typename T> std::enable_if_t<!std::is_integral_v<T>, void> func(T t) { /* 空实现 */ }，当 T 被替换为 int 时，std::is_integral_v<int> 为 true，那么 !std::is_integral_v<int> 为 false。根据 std::enable_if 的规则，当条件为 false 时，这个模板函数从候选函数集中被排除（SFINAE 原则）。所以最终调用的是第一个模板函数 func(T t) -> decltype(t + 1)，返回 6（因为 5 + 1 = 6）。
   • 调用 func(5.5) 时：
     • 对于第一个模板 template <typename T> auto func(T t) -> decltype(t + 1) { return t + 1; }，当 T 被替换为 double（因为实参 5.5 是 double 类型）时，decltype(5.5 + 1) 是有效的，推导返回类型为 double，此模板函数是有效的候选函数。
     • 对于第二个模板 template <typename T> std::enable_if_t<!std::is_integral_v<T>, void> func(T t) { /* 空实现 */ }，当 T 被替换为 double 时，std::is_integral_v<double> 为 false，那么 !std::is_integral_v<double> 为 true。所以这个模板函数也是有效的候选函数。由于两个模板函数对于 double 类型都是有效的，但是第一个模板函数有实际的返回值且更具体（因为第二个是空实现），编译器会选择第一个模板函数 func(T t) -> decltype(t + 1)，返回 6.5（因为 5.5 + 1 = 6.5）。