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c++ - 实现 is_constexpr_copiable

coder 2023-05-31 原文

我试图实现一个类似于 std::is_constructible 的值模板只有当类型在 constexpr 环境中可复制时才为真(即它的复制构造函数是 constexpr 限定的)。我得到了以下代码:

#include <type_traits>

struct Foo {
    constexpr Foo() = default;
    constexpr Foo(const Foo&) = default;
};
struct Bar {
    constexpr Bar() = default;
    Bar(const Bar&);
};

namespace detail {
template <int> using Sink = std::true_type;
template<typename T> constexpr auto constexpr_copiable(int) -> Sink<(T(T()),0)>;
template<typename T> constexpr auto constexpr_copiable(...) -> std::false_type;
}
template<typename T> struct is_constexpr_copiable : decltype(detail::constexpr_copiable<T>(0)){ };

static_assert( is_constexpr_copiable<Foo>::value, "");
static_assert(!is_constexpr_copiable<Bar>::value, "");

现在我问自己这是否符合标准，因为编译器似乎不同意输出。
https://godbolt.org/g/Aaqoah

编辑(c++17 特性):

虽然实现有些不同 is_constexpr_constructible_from ，使用 c++17 的新自动非类型模板类型，我再次发现编译器之间的差异，当使用 SFINAE 在 constexpr 表达式中取消引用 nullptr 时.
#include <type_traits>

struct Foo {
    constexpr Foo() = default;
    constexpr Foo(const Foo&) = default;
    constexpr Foo(const Foo*f):Foo(*f) {};
};
struct Bar {
    constexpr Bar() = default;
    Bar(const Bar&);
};

namespace detail {
template <int> struct Sink { using type = std::true_type; };
template<typename T, auto... t> constexpr auto constexpr_constructible_from(int) -> typename Sink<(T(t...),0)>::type;
template<typename T, auto... t> constexpr auto constexpr_constructible_from(...) -> std::false_type;
}
template<typename T, auto... t> struct is_constexpr_constructible_from : decltype(detail::constexpr_constructible_from<T, t...>(0)){ };

constexpr Foo foo;
constexpr Bar bar;
static_assert( is_constexpr_constructible_from<Foo, &foo>::value, "");
static_assert(!is_constexpr_constructible_from<Foo, nullptr>::value, "");
static_assert(!is_constexpr_constructible_from<Bar, &bar>::value, "");

int main() {}

https://godbolt.org/g/830SCU

编辑:(2018 年 4 月)

现在两个编译器都应该支持 C++17，我发现下面的代码工作得更好(不需要在 `T` 上有一个默认的构造函数)，但只在 clang 上。一切仍然相同，但将命名空间 `detail` 替换为以下内容:

命名空间细节{
模板结构水槽{}；
模板 constexpr 自动接收器(S)-> std::true_type;
模板 constexpr auto try_copy() -> Sink;
模板 constexpr auto constexpr_copiable(int) -> decltype(sink(std::declval,0)>>()));
模板 constexpr auto constexpr_copiable(...) -> std::false_type;
}

https://godbolt.org/g/3fB8jt

这深入到标准中关于未评估上下文的部分，并且两个编译器都拒绝允许用 `const T&` 替换 `const T*` 并使用 `std::declval()` 代替 `nullptr` 转换。如果我确认 clang 的行为是公认的标准化行为，我会将这个版本提升到一个答案，因为它只需要完全符合要求。

Clang 接受一些未定义的行为，取消引用 nullptr , 在对 decltype 的未计算操作数的计算中.

最佳答案

最艰难的挑战，给出一个函数来评估是否 constexpr来自 const T& 的构造函数对于任意 T 存在，这里给出的在 C++17 中似乎几乎不可能。幸运的是，我们可以走很长的路。原因如下:

了解问题空间

以下限制对于确定是否可以在 constexpr 中计算某些表达式很重要。内容:

  • 评估 T 的复制构造函数，类型为 const T& 的值需要。这样的值必须引用具有事件生命周期的对象，即在 constexpr 中context 它必须指代在逻辑封闭表达式中创建的某个值。
  • 为了创建此引用作为临时提升任意 T 的结果因为我们需要知道并调用一个构造函数，其参数可能涉及几乎任意的其他表达式，其 constexpr -我们需要评估。这看起来需要解决确定constexpr的一般问题。就我所能理解的一般表达的性质而言。 ¹
  • ¹ 实际上，如果任何带参数的构造函数，包括复制构造函数，都被定义为 constexpr ，必须有一些有效的方法来构造 T ，作为聚合初始化或通过构造函数。否则，程序将是格式错误的，这可以由 constexpr specifier §10.1.5.5 的要求确定。 :

    For a constexpr function or constexpr constructor that is neither defaulted nor a template, if no argument values exist such that an invocation of the function or constructor could be an evaluated subexpression of a core constant expression, or, for a constructor, a constant initializer for some object ([basic.start.static]), the program is ill-formed, no diagnostic required.



    这可能会给我们一个小漏洞。²
  • 所以表达式最好是 unevaluated operand §8.2.3.1

    In some contexts, unevaluated operands appear ([expr.prim.req], [expr.typeid], [expr.sizeof], [expr.unary.noexcept], [dcl.type.simple], [temp]). An unevaluated operand is not evaluated

  • 未求值的操作数是通用表达式，但不能要求它们在编译时可求值，因为它们根本不求值。请注意，模板的参数不是未评估表达式本身的一部分，而是命名模板类型的非限定 id 的一部分。这是我最初的困惑的一部分，并试图找到可能的实现。
  • 非类型模板参数必须是 constant expressions §8.6但是这个属性是通过评估定义的(我们已经确定通常不可能)。 §8.6.2

    An expression e is a core constant expression unless the evaluation of e, following the rules of the abstract machine, would [highlight by myself] evaluate one of the following expressions:

  • 使用 noexpect对于未评估的上下文也有同样的问题:最好的鉴别器，推断出无异常，仅适用于可以评估为核心常量表达式的函数调用，所以技巧在 this stackoverflow answer 中提到。不起作用。
  • sizeof和 decltype 有同样的问题.事情可能会改变 concepts .
  • 新推出的if constexpr遗憾的是，它不是一个表达式，而是一个带有表达式参数的语句。因此它无助于强制执行 constexpr表达式的可评估性。当语句被求值时，它的表达式也会被求值，我们又回到了创建一个可求值的问题 const T& .丢弃的语句对过程根本没有影响。

    • 简单的可能性第一

    由于困难的部分是创造const T& ，我们只是针对少数常见但容易确定的可能性进行处理，其余的则由极其特殊的案例调用者进行特化处理。
    namespace detail {
    template <int> using Sink = std::true_type;

    template<typename T,bool SFINAE=true> struct ConstexprDefault;
    template<typename T>
    struct ConstexprDefault<T, Sink<(T{}, 0)>::value> { inline static constexpr T instance = {}; };

    template<typename T> constexpr auto constexpr_copiable(int) -> Sink<(T{ConstexprDefault<T>::instance}, 0)>;
    template<typename T> constexpr auto constexpr_copiable(...) -> std::false_type;
}

template<typename T>
using is_constexpr_copyable_t = decltype(detail::constexpr_copiable<T>(0));

    专业details::ConstexprDefault对于声明 constexpr 复制构造函数的任何类类型，必须是可能的，如上所示。请注意，该参数不适用于其他没有构造函数的复合类型 §6.7.2 .数组、 union 、引用和枚举需要特殊考虑。

    可以找到具有多种类型的“测试套件”on godbolt .非常感谢 reddit 用户/u/dodheim from whom I have copied it .缺少的复合类型的其他特化留给读者作为练习。

    ² 或 What does this leave us with?
    模板参数中的评估失败并不是致命的。 SFINAE 可以涵盖范围广泛的可能的构造函数。本节的其余部分纯粹是理论性的，对编译器不利，否则可能很愚蠢。

    有可能使用类似于 magic_get 的方法枚举一个类型的许多构造函数。 .本质上，使用类型 Ubiq假装可以转换为所有其他类型以通过 decltype(T{ ubiq<I>()... })哪里I是一个参数包，包含当前检查的初始化项计数和 template<size_t i> Ubiq ubiq()只需构建正确数量的实例。当然，在这种情况下，强制转换为 T需要明确禁止。

    为什么只有很多？和以前一样，一些 constexpr 构造函数将存在，但它可能有访问限制。这会在我们的模板机中产生误报并导致无限搜索，有时编译器会死:/。或者构造函数可能被无法解析为 Ubiq 的重载隐藏。太笼统了。同样的效果，悲伤的编译器和愤怒的 PETC (以道德方式对待编译器™ 的人，而不是真正的组织)。实际上，访问限制可能是可以解决的，因为这些限制不适用于模板参数，这可能允许我们提取指向成员的指针和 [...]。

    我会停在这里。据我所知，这很乏味，而且大多是不必要的。当然，对于大多数用例来说，覆盖可能的构造函数调用最多 5 个参数就足够了。任意 T非常非常困难，我们不妨等待 C++20，因为模板元编程将再次发生巨大变化。

    关于c++ - 实现 is_constexpr_copiable，我们在Stack Overflow上找到一个类似的问题： https://stackoverflow.com/questions/43120539/

    is_constexpr_copiableampconstexprcodebrc++templateslanguage-lawyerc++17

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