如何用boost.hana解决“常量表达式中不允许读取非constexpr变量'a'”的问题

Question

我在 Boost.hana 中使用 c++17 来编写一些元编程程序。困扰我的一个问题是在像 static_assert 这样的 constexpr 上下文中可以使用什么样的表达式。下面是一个例子：

#include <boost/hana.hpp>

using namespace boost::hana::literals;

template <typename T>
class X {
public:
    T data;

    constexpr explicit X(T x) : data(x) {}

    constexpr T getData() {
        return data;
    }
};


int main() {
    {   // test1
        auto x1 = X(1_c);
        static_assert(x1.data == 1_c);
        static_assert(x1.getData() == 1_c);
    }
    {   //test2.1
        auto x2 = X(boost::hana::make_tuple(1_c, 2_c));
        static_assert(x2.data[0_c] == 1_c);

        // static_assert(x2.getData()[0_c] == 1_c); // read of non-constexpr variable 'x2' is not allowed in a constant expression
    }
    {   //test2.2
        auto x2 = X(boost::hana::make_tuple(1_c, 2_c));
        auto data = x2.getData();
        static_assert(data[0_c] == 1_c);
    }
}

首先，我使用字段data和访问器getData()编写了一个类X。在main()的test1部分，x1.data和x1.getData() 的行为与我预期的一样。但是在test2部分，将参数更改为 boost::hana 的元组，仍然表现良好，但编译失败，出现错误“读取非 constexpr 变量 'x2' 不允许在常量表达式中”。如果我拆什么weired是进入并再次罚款编译。我希望他们的行为相同。那么谁能帮助解释为什么在这个例子中不能在 static_assert 中使用？static_assert(x2.data[0_c] == 1_c)static_assert(x2.getData()[0_c] == 1_c)x2.getData()[0_c]auto data = x2.getData();static_assert(data[0_c] == 1_c);x2.getData()[0_c]

重现：clang++8.0 -I/path/to/hana-1.5.0/include -std=c++17 Test.cpp

Answer 1

问题是boost::hana::tuple没有复制构造函数。

它有一个构造函数是看起来像一个拷贝构造函数：

template <typename ...dummy, typename = typename std::enable_if<
    detail::fast_and<BOOST_HANA_TT_IS_CONSTRUCTIBLE(Xn, Xn const&, dummy...)...>::value
>::type>
constexpr tuple(tuple const& other)
    : tuple(detail::from_index_sequence_t{},
            std::make_index_sequence<sizeof...(Xn)>{},
            other.storage_)
{ }

但由于这是一个模板，它不是一个复制构造函数。

由于boost::hana::tuple没有复制构造函数，一个被隐式声明并定义为默认值（它没有被抑制，因为boost::hana::tuple没有任何复制或移动构造函数或赋值运算符，因为，你猜对了，它们不能是模板）。

在这里，我们看到了实现分歧，在以下程序的行为中得到了证明：

struct A {
    struct B {} b;
    constexpr A() {};
    // constexpr A(A const& a) : b{a.b} {}    // #1
};
int main() {
    auto a = A{};
    constexpr int i = (A{a}, 0);
}

gcc 接受，而 Clang 和 MSVC 拒绝，但如果行#1未注释则接受。也就是说，编译器不同意非（直接）空类的隐式定义的复制构造函数是否允许在常量评估上下文中使用。

根据隐式定义的复制构造函数的定义，#1 与constexpr A(A const&) = default;gcc没有任何不同，因此 gcc 是正确的。还要注意，如果我们给 B 一个用户定义的 constexpr 复制构造函数 Clang 和 MSVC 再次接受，那么问题似乎是这些编译器无法跟踪递归空的隐式可复制类的 constexpr 复制构造性。为MSVC和Clang提交了错误（针对 Clang 11修复）。

注意使用的operator[]是红鲱鱼；问题是编译器是否允许呼叫getData()（其中复制构造T一个恒定的评估范围内），如static_assert。

显然，理想的解决方案是 Boost.Hana 进行更正boost::hana::tuple，使其具有实际的复制/移动构造函数和复制/移动赋值运算符。（这将解决您的用例，因为代码将调用用户提供的复制构造函数，这在常量评估上下文中是允许的。）作为一种解决方法，您可以考虑通过 hackinggetData()来检测无状态的情况T：

constexpr T getData() {
    if (data == T{})
        return T{};
    else
        return data;
}