无法在 C++ 中使 std::array 成为 constexpr答案

【问题标题】：Cannot make std::array a constexpr in C++无法在 C++ 中使 std::array 成为 constexpr
【发布时间】：2018-11-24 23:56:29
【问题描述】：

在下面的代码中，VS2017 出现“错误 C3615: constexpr function 'to_array' cannot result in a constant expression' 编译器错误：

#include <stdio.h>
#include <array>

template <typename T>
static constexpr std::array<std::uint8_t, sizeof(T)> to_array(T value)
{
    std::array<std::uint8_t, sizeof(T)> result {};

    for (std::size_t i{ sizeof(T) }; i != 0 ; --i)
    {
        result[i - 1] = static_cast<uint8_t>(value >> ((sizeof(T) - i) * 8));
    }

    return result;
}

int main()
{
    constexpr uint64_t sample = UINT64_C(0xab28ecb46814fe75);

    //error C3615: constexpr function 'to_array' cannot result in a constant expression
    constexpr auto a = to_array(sample);

    return 0;
}

如果理论上是std::array can be constexpr，为什么会出现这里的错误？

编辑1：

它在没有循环的情况下编译：

template <typename T>
static constexpr std::array<std::uint8_t, sizeof(T)> to_array(T value)
{
    std::array<std::uint8_t, sizeof(T)> result {};

    //this is OK
    return result;
}

EDIT2：

循环的完整错误信息是：

error C3615: constexpr function 'to_array' cannot result in a constant expression
note: failure was caused by an uninitialized variable declaration
note: see usage of 'result'

【问题讨论】：

标签： c++

【解决方案1】：

如果理论上是std::array can be constexpr，为什么会出现这里的错误？

您提供的链接正在处理构建std::array 作为constexpr 的一部分，而不是像您那样对它做任何其他事情。

它在没有循环的情况下编译

您的错误与循环本身没有任何关系，因为它直接与在 constexpr 函数体中使用 std::array 的 operator[] 相关。

operator[] 的 std::array is constexpr since C++17，但 it seem MSVC 19 hasn't implemented it 即使它在规范中。因此，在您的情况下，启用 C++17 构建（编译器标志 /std:c++latest）不会直接解决问题:-(

好消息是MSVC 20 is conforming just fine :-)

【讨论】：

我认为即使使用/std:c++17，OP 的代码也会让 MSVC 不满意。
我在 MSVC 2017 中使用 ISO C++ 最新草案标准 (/std:c++latest) 进行编译
@AlexeyStarinsky，那么请引用编译器发出的完整错误消息。
用 VS2017 15.8.2 和 /std:c++17 编译就好了

【解决方案2】：

完整的错误信息是：

error C2131: expression did not evaluate to a constant
note: failure was caused by call of undefined function or one not declared 'constexpr'
note: see usage of 'std::array<uint8_t,8>::operator []'
note: while evaluating 'to_array(12333367839138578037)'
fatal error C1903: unable to recover from previous error(s); stopping compilation

如果我们现在看一下 operator[] 的声明，我们会发现在那个版本的 Microsoft STD 实现中它还不是 constexpr：

reference operator[](_In_range_(0, _Size - 1) size_type _Pos)

解决方法是使用 C 数组，然后将其转换为 std::array：

template<std::size_t... is, std::size_t n = sizeof...(is)>
constexpr std::array<std::uint8_t, n>
    to_array(std::uint8_t (&arr)[n], std::index_sequence<is...>)
{
    return {arr[is]...};
}

template <typename T>
constexpr std::array<std::uint8_t, sizeof(T)> to_array(T value)
{
    std::uint8_t result[sizeof(T)];
    ...
    return to_array(result, std::make_index_sequence<sizeof(T)>{});
}

或

template<typename T, std::size_t... is>
constexpr std::array<std::uint8_t, sizeof(T)> 
    to_array(T value, std::index_sequence<is...>)
{
    return {static_cast<std::uint8_t>(value >> ((sizeof(T) - is - 1) * 8))...};
}

template <typename T>
constexpr std::array<std::uint8_t, sizeof(T)> to_array(T value)
{
    return to_array(value, std::make_index_sequence<sizeof(T)>{});
}

但无论如何，您都不能在constexpr 上下文中的结果上使用operator[]。

【讨论】：

【解决方案3】：

我今天遇到了这个问题。我决定尝试包装 std::array 以查看是否可以添加 constexpr 支持。我刚刚开始，这恰好在我重载 [] 运算符之前起作用。

template <typename T, unsigned S> struct _array : public std::array<T,S> {};

现在可以使用 _array 代替 std::array。

【讨论】：