lambdas可以用作非类型模板参数吗？

Question

下面的代码合法吗？

template <auto Lambda>
struct A {};

int main () {
  auto lmb = [](int i){return i*i;};
  A<lmb> a;
  return 0;
}

我注意到g++可以很好地编译它，而clang++返回error: a non-type template parameter cannot have type '(lambda at main.cpp:...)'。

Answer 1

是否可以将lambda用作非类型模板参数？

是的，对于已经实现了P0732R2 - Class types in non-type template parameters但clang++还没有实现它的实现。

来源：https://en.cppreference.com/w/cpp/compiler_support

请注意，lambda至少需要为constexpr (默认情况下)：

当此说明符不存在时，如果函数调用运算符恰好满足所有constexpr函数要求，则它无论如何都将为constexpr。

但是，您可以添加constexpr来获取lambda本身的错误，而不是将其用作模板参数。注意:您还可以将其指定为consteval，以使其作为非类型模板参数工作。

有状态的lambda可以是constexpr

constexpr auto lmb1 = [](int i) {
    static int x = 0;
    return i*i + ++x;
};

而通过引用捕获的λ，或通过拷贝和突变(mutable)捕获的λ则不能。不过，通过复制constexpr进行捕获是可以的。

泛型lambda也可以是constexpr：

constexpr auto gen_lmb = []<typename T>(T& val) {
   val += val;
   return val;
};

template <auto Lambda>
struct A {
    template<typename T>
    void doit(T&& arg) {
        std::cout << Lambda(arg) << '\n';
    }
};

//...

A<gen_lmb> ginst;

int v = 1000;
ginst.doit(v);
ginst.doit(std::string("foo "));
std::cout << v << '\n';

2000
foo foo
2000

Answer 2

[temp.arg.nontype]/1

如果模板参数的类型T包含占位符类型(dcl.spec.auto)或推导的类类型的占位符(dcl.type.class.deduct)，则参数的类型是为所发明的声明中的变量x推导的类型

T x=模板参数；

如果推导出的参数类型不允许用于模板参数声明(temp.param)，则程序的格式不正确。

因此，规则是由[temp.param]/6设置的

非类型模板参数应具有以下类型之一(可能是cv限定的)：...

(6.1)结构类型...

structural type的规则是：--我的重点是--

(7.1)标量类型，或

(7.2)左值引用类型，或

(7.3)使用以下属性一个文本类类型：

(7.3.1)所有基类和非静态数据成员都是公共和非可变，并且

(7.3.2)所有基类和非静态数据成员的类型都是结构类型或其(可能是多维)数组。

因为lambda没有基类，所以唯一的要求是它必须是一个literal class type ([basic.types])，它包括：

(10.5.2) ...闭包类型(expr.prim.lambda.closure) ...

结构类型的数据成员也应该是结构类型，这适用于本例中的lambda捕获，只要它的所有成员都是公共和non-mutable.

@Nicol Bolas ，带有捕获的lambda，即使constexpr文本类型捕获，标准也不强制将捕获作为公共字段进行管理。

底线是，在C++20中，没有捕获的常量表达式作为模板非类型参数是合法的(基于上面提到的 )。

另请参见an answer by @Barry to a similar question。

在代码compiles with gcc下面，但我从Nicol Bolas的评论中了解到，并不是所有的情况都得到了规范的保证(或者更糟糕的是，所有的情况都不是规范保证的？)。

假设我们有：

template <auto T> struct A {};

struct B {};

struct C {
    ~C(){}
};

文本类型lambdas，作为模板参数的合法的：

// compiles in gcc and should be ok by the spec as of [basic.types]/10.5.2
A<[](){}> a; // compiler deduces the anonymous lambda to be constexpr

auto lmb1 = [](){};
// same as above
A<lmb1> a1;

// compiler deduces lmb1 above to be constexpr
// same as it will deduce the following:
B b {};
A<b> here_i_am;

Lambda，，由gcc编译为模板参数，但正如Nicol Bolas在评论中所说的那样-规范不能保证它们是文字类型：

const int i = 0;
constexpr auto lmb2 = [i](){};
// compiles in gcc but is not guaranteed by the spec 
A<lmb2> a2;

constexpr auto lmb3 = [b](){}; // B is literal
// compiles in gcc but is not guaranteed by the spec 
A<lmb3> a3;

非文字类型lambdas，不是合法的作为模板参数：

const int j = 0;
// below doesn't compile: <lambda()>{j} is not a constant expression
constexpr auto lmb4 = [&j](){}; // local reference - not constexpr
A<lmb4> a4;

C c;
// below doesn't compile: <lambda()>'{c} does not have 'constexpr' destructor
constexpr auto lmb5 = [c](){}; // C is not literal
A<lmb5> a5;