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c++ - 静态断言 std::array 的大小，其类型是使用 decltype 从成员函数的返回值获得的

问题描述

（对于笨拙的标题表示歉意；我不知道如何更简洁地总结这个问题。如果有人有更好的想法，请随时编辑！）

我想写一个自由函数，它可以根据类的成员函数的返回值自动确定其参数的类型。使用decltype，那部分很容易。

我还希望有一个编译时断言来验证关于该参数类型的假设，这就是我提出的解决方案失败的地方。

考虑以下 MCVE：

#include <type_traits>
#include <array>
#include <iostream>

class Foo
{
public:
   std::array<int, 10> Get();
};

void PrintFoos(const decltype(Foo().Get())& param)
{
    static_assert(param.size() == 10, "wrong size");
    for (const auto& i : param)
    {
        std::cout << i << "\n";
    }
}

GCC 可以很好地编译上面的代码，没有任何警告。

另一方面，Clang 抱怨道：

error: static_assert expression is not an integral constant expression
    static_assert(param.size() == 10, "wrong size");
                  ^~~~~~~~~~~~~~~~~~

MSVC 也是如此：

(13): error C2131: expression did not evaluate to a constant
(13): note: failure was caused by a read of a variable outside its lifetime
(13): note: see usage of 'param'

当其他编译器拒绝它时，为什么 GCC 编译得很好？是否有我从中受益的 GCC 扩展来支持这一点？

语言标准对此有何规定？我的目标是 C++17，但也想知道 C++14 是否有任何变化。

奖励问题：有没有办法可以修改此代码以使其工作？显然，如果表达式不计算类型，则static_assert 应该失败，因为成员函数不会是. 我想有一个解决方案涉及添加模板辅助函数，但除非绝对必要，否则我宁愿不添加另一个函数定义。decltypestd::arraysize()constexpr

标签： c++language-lawyerdecltypestatic-assert

解决方案

我相信 clang 和其他人（icc 和 MSVC）在这里在技术上是正确的，而 GCC 是错误的。static_assert-declaration采用常量表达式 [ expr.const ]/2。我相信手头案例的相关 C++17 措辞应该是[expr.const]/2.11：

一个表达式e是一个核心常量表达式，除非根据e抽象机的规则，对 的求值将求值以下表达式之一：

  • […]
  • 一个id 表达式，它引用引用类型的变量或数据成员，除非引用具有前面的初始化并且
    • 它用常量表达式初始化或
    • 它的生命周期开始于e;
  • […]

但是，您static_assert上面的表达式清楚地做到了这一点（param是一个引用引用类型变量的id 表达式，没有任何例外适用）。因此，它不是一个常量表达式，并且程序是格式错误的[dcl.dcl]/6。C++14 标准中的相关措辞似乎是相同的。我会认为这是 GCC 中的一个错误。

如果您可以将函数更改为模板，则可以简单地推断出大小：

template <int N>
void PrintFoos(const std::array<int, N>& param)
{
    …
}

或者，如果你想让一切都依赖于Foo，你也可以定义一个公共常量并从中派生数组类型等：

class Foo
{
public:
    static constexpr auto size = 10;
    std::array<int, size> Get();
};

void PrintFoos(const decltype(Foo().Get())& param)
{
    static_assert(Foo::size == 10, "wrong size");
}

当然，您可以使用帮助模板：

template <typename T>
constexpr std::size_t deduce_array_size = 0U;

template <typename T, std::size_t N>
constexpr std::size_t deduce_array_size<std::array<T, N>> = N;

template <typename T>
constexpr std::size_t deduce_array_size<T&> = deduce_array_size<T>;

template <typename T>
constexpr std::size_t deduce_array_size<T&&> = deduce_array_size<T>;

接着

void PrintFoos(const decltype(Foo().Get())& param)
{
    static_assert(deduce_array_size<decltype(param)> == 10, "wrong size");
}

最后，另一种选择（受 Yakk - Adam Nevraumont 下面的评论启发）是在常量表达式中简单地创建数组类型的纯右值并询问它的大小：

static_assert(std::decay_t<decltype(param)>{}.size() == 10, "wrong size");

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