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c++ - 在非 constexpr 函数中作为左值传递的变量上使用“constexpr”函数

问题描述

我std::array用作表示在编译时具有固定长度的向量的基础，并希望std::array::size用作一个函数来禁用和向量constexpr的叉积计算。1D2D

当我std::array::size在非 constexpr 函数中使用时，它将我的向量作为左值参数，我得到一个错误：

main.cpp: In instantiation of ‘VectorType cross(const VectorType&, const VectorType&) [with VectorType = Vector<double, 3>]’:
main.cpp:97:16:   required from here
main.cpp:89:62: error: ‘vec1’ is not a constant expression
   89 |     return cross_dispatch<std::size(vec1), VectorType>::apply(vec1, vec2);
      |            ~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~^~~~~~~~~~~~
main.cpp:89:36: note: in template argument for type ‘long unsigned int’
   89 |     return cross_dispatch<std::size(vec1), VectorType>::apply(vec1, vec2);
      |

这是该main函数的最小工作示例：

#include <array>
#include <iostream>

using namespace std;

template<typename AT, auto D> 
class Vector final
: 
    public std::array<AT, D> 
{

public: 

    using container_type = std::array<AT,D>; 
    using container_type::container_type; 

    template<typename ... Args>
    constexpr Vector(Args&& ... args)
        : 
            container_type{std::forward<Args>(args)...}
    {}

    // Delete new operator to prevent undefined behavior for
    // std::array*= new Vector; delete array; std::array has 
    // no virtual destructors.
    template<typename ...Args>
    void* operator new (size_t, Args...) = delete;

};

using vector = Vector<double, 3>; 

template<std::size_t DIM, typename VectorType> 
struct cross_dispatch
{
    static VectorType apply(VectorType const& v1, VectorType const& v2)
    {
        static_assert(std::size(v1) < 3, "Cross product not implemented for 2D and 1D vectors."); 
        static_assert(std::size(v1) > 3, "Cross product not implemented for ND vectors."); 
        return VectorType();
    }
};

template<typename VectorType> 
struct cross_dispatch<3, VectorType>
{
    static VectorType apply(VectorType const& v1, VectorType const& v2)
    {
        return VectorType(v1[1]*v2[2] - v1[2]*v2[1], 
                          v1[2]*v2[0] - v1[0]*v2[2], 
                          v1[0]*v2[1] - v1[1]*v2[0]);

    }
};

template <typename VectorType> 
VectorType cross(VectorType const& vec1, VectorType const& vec2) 
{
    return cross_dispatch<std::size(vec1), VectorType>::apply(vec1, vec2);  
}

int main()
{
    vector p1 {1.,2.,3.}; 
    vector q1 {1.,2.,3.}; 

    cross(p1,q1);
}

我发现这个问题提到了 GCC 8.0 中的一个错误，但我使用的是g++ (GCC) 10.1.0.

引用答案

表达式 e 是核心常量表达式，除非按照抽象机 (6.8.1) 的规则对 e 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，除非该引用具有前面的初始化，并且它是用常量表达式初始化的，或者它的生命周期在 e 的计算中开始

这是否意味着，在人类（非标准）语言中，在我的表达式e:=cross(p1,p2)中，p1并且p2在as 之前没有初始化，constexpr并且它们的生命周期不是以 开头e，所以即使p1andp2是在编译时知道其大小的数据类型的对象 nad谁的 mfunctionsize 是constexprmfunction，我现在必须将它们声明为 constexpr，然后才能将它们绑定为不是的函数中的左值constexpr？

标签： c++constexprc++20if-constexpr

解决方案

下面，我回答为什么您的代码不起作用。专注于您的用例：正如其他人所说的那样，std::array::sizeis not static，并且std::size所做的只是调用该非静态函数。你最好的选择是简单地static为你的类添加一个大小函数Vector：

static constexpr auto size() {
    return D;
}

您的实现cross将不起作用，因为您不能使用非常量表达式来初始化模板。有关为什么函数参数不是常量表达式，请参阅此 SO 答案。

基本上，调用你的函数需要为每个不同的值cross生成一个新的结构实例，这也需要在编译时知道每个给定的地址，因为调用了一个非静态函数。您应该能够从中看出编译器根本无法知道需要创建哪些实例。cross_dispatchstd::size(vec1)vec1std::sizecross_dispatch

上面，我提供了一个特定于您的用例的解决方案。如果您所做的不仅仅是测量 的大小Vector，则第二种解决方案将涉及将对象作为模板参数传递（这将要求它们是static）：

template <typename VectorType, VectorType const& vec1, VectorType const& vec2>
constexpr VectorType cross()
{
    return cross_dispatch<std::size(vec1), VectorType>::apply(vec1, vec2);  
}

int main()
{
    static vector p1 {1.,2.,3.}; 
    static vector q1 {1.,2.,3.}; 

    cross<vector, p1, q1>();
}

因为p1和q1是静态的，所以它们的地址可以在编译时知道，从而cross可以初始化 's 模板。模板参数在运行时不会改变，所以std::size(vec1)现在是一个常量表达式。

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