为什么在 C++20 之前 std::swap 没有标记为 constexpr ？

Question

在 C++20 中，std::swap变成constexpr函数。

我知道标准库在标记事物方面确实落后于语言constexpr，但到 2017 年，<algorithm>它和其他一些东西几乎都是 constexpr。然而 -std::swap不是。我依稀记得有一些奇怪的语言缺陷阻止了那个标记，但我忘记了细节。

有人可以简洁明了地解释这一点吗？

动机：需要理解为什么在 C++11/C++14 代码中标记一个std::swap()-like 函数可能是个坏主意constexpr。

Answer 1

奇怪的语言问题是CWG 1581：

第 15 条 [特殊] 非常清楚，特殊成员函数仅在 odr 使用时才隐式定义。这给未计算上下文中的常量表达式带来了问题：

struct duration {
  constexpr duration() {}
  constexpr operator int() const { return 0; }
};

// duration d = duration(); // #1
int n = sizeof(short{duration(duration())});

这里的问题是我们不允许constexpr duration::duration(duration&&)在这个程序中隐式定义，所以初始化器列表中的表达式不是一个常量表达式（因为它调用了一个尚未定义的 constexpr 函数），所以花括号初始化器包含一个收缩转换，所以程序格式错误。

如果我们取消注释第 1 行，则隐式定义了移动构造函数并且程序有效。这种远距离的诡异动作是极其不幸的。在这一点上，实现存在分歧。

您可以阅读问题描述的其余部分。

2017 年在阿尔伯克基的P0859中（在 C++17 发布后）通过了针对此问题的解决方案。这个问题是一个障碍，因为两者都能够有一个constexpr std::swap（在P0879 中解决）和一个constexpr std::invoke（在P1065 中解决，其中也有 CWG1581 示例），两者都适用于 C++20。

在我看来，这里最容易理解的示例是 P1065 中指出的 LLVM 错误报告中的代码：

template<typename T>
int f(T x)
{
    return x.get();
}

template<typename T>
constexpr int g(T x)
{
    return x.get();
}

int main() {

  // O.K. The body of `f' is not required.
  decltype(f(0)) a;

  // Seems to instantiate the body of `g'
  // and results in an error.
  decltype(g(0)) b;

  return 0;
}

CWG1581 是关于何时定义 constexpr 成员函数的，并且决议确保它们仅在使用时被定义。在P0859之后，上面的就是well-formed（类型b是int）。

由于std::swap和std::invoke两者都必须依赖于检查成员函数（前者中的移动构造/赋值和后者中的调用运算符/代理调用），因此它们都依赖于这个问题的解决方案。

Answer 2

原因

（由于@NathanOliver）

要允许constexpr交换函数，您必须检查 - 在实例化此函数的模板之前 - 交换的类型是可移动构造的和可移动分配的。不幸的是，由于仅在 C++20 中解决的语言缺陷，您不能检查它，因为就编译器而言，相关成员函数可能尚未定义。

年表

• 2016 年：Antony Polukhin 提交提案P0202，将所有<algorithm>功能标记为constexpr.
• 标准委员会核心工作组讨论缺陷CWG-1581。这个问题使它有问题，constexpr std::swap()并且constexpr std::invoke()- 请参阅上面的解释。
• 2017 年：安东尼修改了他的提议几次以排除std::swap和其他一些结构，这被 C++17 接受。
• 2017 年：CWG-1581 问题的决议作为P0859提交，并于 2017 年被标准委员会接受（但在 C++17 发布之后）。
• 2017 年底：Anton提交补充提案P0879，以std::swap()在 CWG-1581 决议后制作constexpr。
• 2018 年：补充提案被接受（？）到 C++20 中。正如 Barry 指出的那样， constexprstd::invoke()修复也是如此。

您的具体情况

constexpr如果您不检查移动可构造性和移动可分配性，而是直接检查某些其他类型的特性，特别是确保这一点，则可以使用交换。例如，只有原始类型，没有类或结构。或者，理论上，您可以放弃检查并只处理您可能遇到的任何编译错误，以及编译器之间的不稳定行为切换。无论如何，不​​要std::swap()用那种东西代替。