条款26：避免在万能引用上重载

条款26：避免在万能引用上重载

背景示例

假设有个函数，需要用名字打印日志并加入全局集合：

std::multiset<std::string> names;

// const 左值引用既能绑定左值，也能绑定右值（包括临时对象）
void logAndAdd(const std::string& name) {
    auto now = std::chrono::system_clock::now();
    log(now, "logAndAdd");
    names.emplace(name);
}

调用：

std::string petName("Darla");
logAndAdd(petName);                   // 传递左值，拷贝
logAndAdd(std::string("Persephone")); // 传递右值，仍拷贝
logAndAdd("Patty Dog");               // 字符串字面量，创建临时拷贝

• logAndAdd(petName);
  • petName 是一个已有的 std::string 对象，是左值，绑定到 const std::string& 上，没发生复制，直接传引用。
  • 但是后续调用 names.emplace(name); 中，emplace 需要构造 std::string 对象，由于 name 是左值（参数本身是引用），它会调用拷贝构造函数拷贝一份到容器中。
  • 所以这里是拷贝发生在 emplace 内部。
• logAndAdd(std::string("Persephone"));
  • 这里传入的是一个临时右值 std::string，但是函数参数是 const std::string&，它可以绑定右值的 const 引用。
  • 参数 name 本身是左值（因为有名字），所以 names.emplace(name) 依然调用拷贝构造。
  • 虽然传入的临时对象本质是右值，但函数参数变成左值引用，导致后续仍调用拷贝构造。
• logAndAdd("Patty Dog");
  • 这里传入的是字符串字面量（const char*），先会隐式构造一个临时 std::string 绑定给参数 name（const std::string&），然后 emplace(name) 又调用拷贝构造拷贝进集合。

优化：用万能引用+完美转发

template<typename T>
void logAndAdd(T&& name) {
    auto now = std::chrono::system_clock::now();
    log(now, "logAndAdd");
    names.emplace(std::forward<T>(name));
}

• 左值传入时，拷贝。
• 右值传入时，移动。
• 字符串字面量时，直接在集合中构造，无额外临时。

重载引发的问题

为了支持通过索引传递名字，增加重载：

// 这是第一个版本，接收通用（万能）引用的模板函数
template<typename T>
void logAndAdd(T&& name) {
    auto now = std::chrono::system_clock::now();
    log(now, "logAndAdd");
    names.emplace(std::forward<T>(name));
}

// 这是第二个版本，专门接受 int 类型参数
void logAndAdd(int idx) {
    auto now = std::chrono::system_clock::now();
    log(now, "logAndAdd");
    names.emplace(nameFromIdx(idx));
}

问题：万能引用重载“贪婪”匹配

short nameIdx = 22;
logAndAdd(nameIdx);  // 竟调用了万能引用版本，导致编译错误

• 虽然 short 可以隐式转换成 int，看起来应该调用 logAndAdd(int)，但是编译器却选择调用了模板函数版本。

• 原因是：

  • 模板函数的万能引用可以“完美匹配”传入的任何类型，不需要类型转换。

  • 普通函数需要进行类型提升（short 到 int），属于“非精确匹配”。

  • C++ 重载解析中，精确匹配优先于类型转换匹配，所以模板函数胜出。

• 这导致了意料之外的行为，调用了模板版本，结果模板里代码可能并不支持 short 类型，从而编译失败。

• 万能引用模板函数很“贪婪”，几乎可以匹配任何实参类型，往往比普通函数的重载匹配优先级更高，容易导致重载选择不符合预期，甚至引起编译错误。

完美转发构造函数的隐患

class Person {
public:
    // 通用引用（万能引用）构造函数模板，完美转发参数初始化成员name
    // 能接受几乎任何类型的参数，并将其转发给std::string的构造函数
    template<typename T>
    explicit Person(T&& n) 
        : name(std::forward<T>(n)) {}

    // 接受int类型索引的构造函数，根据索引通过nameFromIdx函数获取对应的名字
    explicit Person(int idx) 
        : name(nameFromIdx(idx)) {}

private:
    std::string name;  // 人名字符串成员
};

• 传入非 int 的整型参数时，万能引用构造函数被调用。
• 更严重：拷贝构造可能被万能引用模板“劫持”，导致编译错误。

示例：

Person p("Nancy");
auto cloneOfP(p); // 编译错误，不调用拷贝构造，而是调用模板构造函数

原因：

• 模板实例化为 Person(Person&)，匹配更优。
• 拷贝构造参数是 const Person&，匹配稍弱。
• 非 const 左值调用完美转发构造优先。

结论

• 万能引用函数/构造函数非常贪婪，会匹配更多类型，导致重载解析出现意料之外的问题。
• 避免对万能引用形参的函数进行重载。
• 需要特殊处理时，使用其他设计技巧。