if constexpr - 为什么完全检查丢弃的语句？

Question

我在 GCC 10 中使用 c++20 consteval 并编写了这段代码

#include <optional>
#include <tuple>
#include <iostream>

template <std::size_t N, typename Predicate, typename Tuple>
consteval std::optional<std::size_t> find_if_impl(Predicate&& pred,
                                                  Tuple&& t) noexcept {
  constexpr std::size_t I = std::tuple_size_v<std::decay_t<decltype(t)>> - N;

  if constexpr (N == 0u) {
    return std::nullopt;
  } else {
    return pred(std::get<I>(t))
               ? std::make_optional(I)
               : find_if_impl<N - 1u>(std::forward<decltype(pred)>(pred),
                                      std::forward<decltype(t)>(t));
  }
}

template <typename Predicate, typename Tuple>
consteval std::optional<std::size_t> find_if(Predicate&& pred,
                                             Tuple&& t) noexcept {
  return find_if_impl<std::tuple_size_v<std::decay_t<decltype(t)>>>(
      std::forward<decltype(pred)>(pred), std::forward<decltype(t)>(t));
}

constexpr auto is_integral = [](auto&& x) noexcept {
    return std::is_integral_v<std::decay_t<decltype(x)>>;
};


int main() {
    auto t0 = std::make_tuple(9, 1.f, 2.f);
    constexpr auto i = find_if(is_integral, t0);
    if constexpr(i.has_value()) {
        std::cout << std::get<i.value()>(t0) << std::endl;
    }
}

它应该像 STL find 算法一样工作，但是在元组上，而不是返回迭代器，它返回一个基于编译时谓词的可选索引。现在这段代码编译得很好并打印出来

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但是如果元组不包含一个整数类型的元素，程序就不会编译，因为 i.value() 仍然在一个空的可选项上调用。那是为什么？

Answer 1

这就是constexpr if 的工作原理。如果我们检查[stmt.if]/2

如果 if 语句的形式为 if constexpr，则条件的值应为上下文转换的 bool 类型常量表达式；这种形式称为 constexpr if 语句。如果转换条件的值为假，则第一个子语句是丢弃的语句，否则第二个子语句（如果存在）是丢弃的语句。在封闭模板化实体 ([temp.pre]) 的实例化期间，如果条件在实例化后不依赖于值，则不会实例化丢弃的子语句（如果有）。[...]

^强调我的

所以我们可以看到，只有当我们在模板中并且条件依赖于值时，我们才不会评估丢弃的表达式。 main不是函数模板，因此编译器仍会检查 if 语句的主体是否正确。

Cppreference 在他们关于 constexpr 的部分中也提到了这一点：

如果 constexpr if 语句出现在模板化实体中，并且条件在实例化后不依赖于值，则在实例化封闭模板时不会实例化丢弃的语句。

template<typename T, typename ... Rest>
void g(T&& p, Rest&& ...rs) {
    // ... handle p
    if constexpr (sizeof...(rs) > 0)
        g(rs...); // never instantiated with an empty argument list.
}

在模板之外，完全检查丢弃的语句。如果 constexpr 不能替代 #if 预处理指令：

void f() {
    if constexpr(false) {
        int i = 0;
        int *p = i; // Error even though in discarded statement
    }
}