constexpr 对象有没有办法引用/指向其他非静态 constexpr 对象？

Question

假设我想在编译时使用某种算法构建一个图，然后计算图中最终有多少节点。这似乎是 constexpr 的理想情况，而不是模板元编程，因为目标是产生值的计算，而不是真正的类型。我有一些可以工作的代码，但这个功能太新了，我担心编译器会很宽松，我可以将部分标准解释为我不能这样做。

#include <iostream>

struct A { int x; constexpr A(int i) noexcept : x{i} {} };
struct B { A& a; constexpr B(A& a) noexcept : a{a} {} };

constexpr int foo() { 
    A a{55};
    B b{a};
    return b.a.x;
}

template<int N>
void output()
{
    std::cout << N << std::endl;
}

int main() {
    // to be absolutely sure compile time eval'd,
    // pass as template arg
    constexpr auto b = foo();
    output<b>();
}

a 和b 实例都是在编译时创建的，它们具有相同的生命周期，因此这应该是“安全的”。但是a 是一个非静态对象，this part of the standard 似乎说这是不允许的：

一个实体是一个常量表达式的允许结果，如果它是一个 具有不是临时的静态存储持续时间的对象 对象或者是一个临时对象，其值满足上述条件 约束，或者它是一个函数。

那我可以还是不能？ GCC and clang are both fine with it.

Answer 1

是的，您的示例符合要求。

C++14 宽松constexpr 的特别之处在于，常量表达式求值中的中间结果本身不需要是常量表达式。

return 对b.a.x 应用左值到右值的转换，因为函数按值返回，而b.a.x 是：

文字类型的非易失性左值，它引用一个非易失性对象，其生命周期在e的评估中开始

（N4527 §5.20/2.7.4）

如果您尝试将（悬空）引用保存到b.a.x，那将是一个问题。根据您的报价，这不是“常量表达式的允许结果”。

Answer 2

简而言之，您不能在编译时将非静态/临时值作为引用传递。您可以将静态/全局值作为 constexpr 引用传递。但是其他任何东西在编译时根本不可用。

constexpr void foo() {
    int a; // run-time value.
    ...
}

一个明显的解决方案是按值传递。它发生在编译时，因此您可能无法获得通常的优化，但它也发生在编译时。

http://ideone.com/J7mVj5

#include <iostream>

struct A { int x; constexpr A(int i) noexcept : x{i} {} };
struct B { A a; constexpr B(A a) noexcept : a{a} {} };

constexpr int foo() { 
    B b{55};
    return b.a.x;
}

template<int N>
void output()
{
    std::cout << N << std::endl;
}

int main() {
    // to be absolutely sure compile time eval'd,
    // pass as template arg
    constexpr auto b = foo();
    output<b>();
}

另见http://ideone.com/tw4jzG

Answer 3

在你的例子中：

B b{a};

b 不是 constexpr 变量，草案 C++14 部分 7.1.5 [dcl.constexpr]p5 说：

对象声明中使用的 constexpr 说明符将对象声明为 const。这样的对象应具有 文字类型并且应该被初始化。如果它由构造函数调用初始化，则该调用应为常量表达式（5.19）。否则，或者如果在引用声明中使用了 constexpr 说明符，则每个 fullexpression 出现在其初始化程序中的应该是一个常量表达式。 [注：每次隐式转换 用于转换初始化表达式，并且用于初始化的每个构造函数调用都是 如此饱满的表情。 ——尾注]

不适用，但如果我们稍微修改您的示例：

int main() {
    constexpr auto b = foo();
    A a1(42) ;
    constexpr B b1( a1 ) ;
}

并引入 b1 这是一个 constexpr 变量然后这将不起作用（see it live），clang 说：

error: 'B{a1}' is not a constant expression
     constexpr B b1( a1 ) ;
                        ^

如果我们进一步修改上面的示例如下：

static A a1(42) ;
constexpr B b1( a1 ) ;

它会起作用的。 constexpr 函数可用于 constexpr，但如果它不满足要求，则不会产生常量表达式。