Constexpr成员函数

Question

假设我有一个由引擎参数化的struct模板S：

template<class Engine> struct S;

我有两个引擎:一个带有constexpr成员函数size()的“静态”引擎，和一个非constexpr成员函数size()的“动态”引擎。

struct Static_engine {
    static constexpr std::size_t size() {
        return 11;
    }
};

struct Dynamic_engine {
    std::size_t size() const {
        return size_;
    }
    std::size_t size_ = 22;
};

我想在size()中定义S成员函数，如果引擎的size()是constexpr，它可以作为constexpr使用。我写道：

template<class Engine>
struct S {
    constexpr std::size_t size() const {
        return engine_.size();
    }
    Engine engine_;
};

然后用GCC、Clang、MSVC和ICC编译以下代码：

S<Static_engine> sta;         // not constexpr
S<Dynamic_engine> dyn;

constexpr auto size_sta = sta.size();
const auto size_dyn = dyn.size();

考虑到constexpr的复杂性和各种“格式错误，不需要诊断”，我仍然有一个问题:这段代码是否格式良好？

Godbolt.org上的完整代码

(如果这段代码在这两种标准中具有不同的有效性，我会用c++17和c++20标记这个问题。)

Answer 1

代码写得很好。

dcl.constexpr 6如果类模板的constexpr函数模板或成员函数的实例化模板专门化将无法满足对constexpr函数或constexpr构造函数的要求，则即使对此类函数的调用不能出现在常量表达式中，该专门化仍然是constexpr函数或constexpr构造函数。如果当模板被视为非模板函数或构造函数时，模板的任何专门化都不能满足对constexpr函数或constexpr构造函数的要求，则模板的格式不正确，不需要诊断。

对于使用Dynamic_engine的专门化，成员可能不会出现在常量表达式中，但正如上面的段落所详细说明的那样，这不会使S::size格式不正确。我们也远离不正确的NDR领土，因为有效的实例化是可能的.Static_engine就是一个很好的例子。

引用来自n4659，最后一个C++17标准草案，类似的措辞出现在最新的C++20草案中。

至于将sta.size()作为常量表达式的计算，在[expr.const]上查看列表时，我无法在计算本身中找到不允许的任何内容。因此，它是一个有效的常量表达式(因为列表告诉我们什么是无效的)。通常，要使constexpr函数有效，只需要存在一些参数，计算值就会产生一个有效的常量表达式。如以下示例所示，该标准说明：

constexpr int f(bool b)
  { return b ? throw 0 : 0; }           // OK
constexpr int f() { return f(true); }   // ill-formed, no diagnostic required

struct B {
  constexpr B(int x) : i(0) { }         // x is unused
  int i;
};

int global;

struct D : B {
  constexpr D() : B(global) { }         // ill-formed, no diagnostic required
                                        // lvalue-to-rvalue conversion on non-constant global
};

Answer 2

是。

函数可以标记为constexpr，而无需在编译时进行计算。只要您满足将函数标记为constexpr的其他要求，就可以了(返回文字类型，参数是文字，没有内联的asm，等等)。唯一可能遇到问题的情况是，如果实际上不可能创建满足作为核心常量表达式调用的函数的参数。(例如，如果您的函数对所有值都有未定义的行为，那么您的函数将是格式错误的NDR)

在C++20中，我们接收到consteval说明符，该说明符强制所有对函数的调用都能够生成编译时常量(constexpr)。

Answer 3

不是直接回答而是另一种方式：

struct Dynamic_Engine
{
  using size_type = size_t;

  size_type size() const
  {
    return _size;
  }

  size_type _size = 22;
};
struct Static_Engine
{
  using size_type = std::integral_constant<size_t, 11>;

  size_type size() const
  {
    return size_type();
  }
};

template <typename ENGINE>
struct S
{
  auto size() const
  {
    return _engine.size();
  }

  ENGINE _engine;
};

int main()
{
  S<Static_Engine>  sta;
  S<Dynamic_Engine> dyn;

  const auto size_sta = sta.size();
  const auto size_dyn = dyn.size();

  static_assert(size_sta == 11);
}

我遇到了同样的问题，IMHO --最简单、更通用的解决方案是使用std::integral_constant。不需要更多地与constexpr混搭，因为大小信息直接编码到类型中。

如果您仍然想使用constexpr (及其额外的复杂性)，您可以这样做：

struct Dynamic_Engine
{
  size_t size() const
  {
    return _size;
  }

  size_t _size = 22;
};
struct Static_Engine
{
  static constexpr size_t size() // note: static 
  {
    return 11;
  }
};

template <typename ENGINE>
struct S
{
  constexpr size_t size() const
  {
    return _engine.size();
  }

  ENGINE _engine;
};

int main()
{
  S<Static_Engine>  sta;
  S<Dynamic_Engine> dyn;

  constexpr size_t size_sta = sta.size();
  const size_t size_dyn = dyn.size();

  static_assert(size_sta == 11);
}