数组索引是否为 constexpr ？ GCC 不一致？

Question

在他对我问题的回答中 Avoiding struct in variadic template function iavr 指出“std::array::operator[] 仅在 C++14 中为 constexpr”。我的 这里的问题是确保 GCC 行为不一致，而事实并非如此 我错误地理解了标准。

我正在探索使用一些模板元编程的不同方式 将二维数组初始化为帕斯卡三角形（外部为 0）。 在我在这里尝试的那个中，我想尽可能避免使用 模板结构，特别是可变参数，如果 constexpr 函数 和数组。

匆忙的读者注意：为了方便起见，我放了以下三段代码 完整性，但您不需要了解它们。

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我使用以下两个非常标准的定义：

template <typename... Ts> struct Sequence {};
template<unsigned N, unsigned... Is> struct Range {
    typedef typename Range<N-1, N-1, Is...>::type type;
};
template<unsigned... Is> struct Range<0, Is...> {
    typedef Sequence<std::integral_constant<unsigned int, Is>...> type;
};

然后我有以下模板 constexpr 函数，它给出了一行 三角形，计算下一个：

// nextline
template <typename... SeqTis, typename T, size_t Size>
constexpr std::array<T, Size>
nextline(Sequence<SeqTis...>, const typename std::array<T, Size> ar) {
  return { 1, (ar[SeqTis::value]+ar[SeqTis::value+1])... };
}
template <typename T, size_t Size>
constexpr std::array<T, Size>
nextline(const typename std::array<T, Size> ar) {
  return nextline(typename Range<Size-1>::type(), ar);
}

然后在部分初始化的数组末尾添加一个元素：

template <typename... SeqTis, typename T, size_t Size>
constexpr std::array<T, Size>
appendarray(Sequence<SeqTis...>, const typename std::array<T, Size> ar, const T el) {
  return { ar[SeqTis::value]..., el };
}
template <size_t Pos, typename T, size_t Size>
constexpr std::array<T, Size>
appendarray(const typename std::array<T, Size> ar, const T el) {
  return appendarray(typename Range<Pos>::type(), ar, el);
}

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在这些代码中，我使用了数组索引，它非常有效。你可以试试 与：

constexpr auto ar0 = std::array<int, 3> { 1,0,0 };
constexpr auto ar1 = nextline(ar0);
constexpr auto ar2 = appendarray<2>(ar1, 12);
for (auto i: ar2) std::cout << i << " "; // prints 1 1 12

但是当我尝试编译以下递归结构时：

template <typename T, size_t N>
using Ar2  = std::array<std::array<T, N+1>, N+1>;

template<typename T, size_t N, size_t l> struct Loop {
  constexpr static Ar2<T, N> next() {
    return appendarray<l>(Loop<T, N, l-1>::next(),
                  nextline(Loop<T, N, l-1>::next()[l-1]));
  }
};

template<typename T, size_t N> struct Loop<T, N, 0> {
  constexpr static Ar2<T, N> next() {
    return Ar2<T, N>({ {1, 0} });
  }
};

};

然后 GCC 抱怨

[...]
binom2.cpp:48:30: note: ‘static constexpr Ar2<T, N> Loop<T, N, l>::next() [with T = long long int; long unsigned int N = 10ul; long unsigned int l = 10ul; Ar2<T, N> = std::array<std::array<long long int, 11ul>, 11ul>]’ is not usable as a constexpr function because:

constexpr static Ar2<T, N> next() {
                              ^
binom2.cpp:50:38: error: call to non-constexpr function ‘std::array<_Tp, _Nm>::value_type& std::array<_Tp, _Nm>::operator[](std::array<_Tp, _Nm>::size_type) [with _Tp = std::array<long long int, 11ul>; long unsigned int _Nm = 11ul; std::array<_Tp, _Nm>::reference = std::array<long long int, 11ul>&; std::array<_Tp, _Nm>::value_type = std::array<long long int, 11ul>; std::array<_Tp, _Nm>::size_type = long unsigned int]’
  nextline(Loop<T, N, l-1>::next()[l-1]));

似乎有时 GCC 允许 constexpr 数组索引，有时它 没有。我是不是错过了什么。

Answer 1

据我了解，

T& std::array<T,N>::operator[]

不是constexpr，而是

 constexpr const T& std::array<T,N>::operator[] const

是...您必须手动转换任何返回（非常量）std::array 和 (const std::array&) 的内容，以使其选择正确的运算符。

在对强制转换语法进行了一些修改后，看起来正确的语法是：

nextline(((const Ar2<T, N>&) Loop<T, N, l-1>::next())[l-1])

尽管您可能仍想查看 const_cast，因为常规转换会删除函数调用的右值性。

Answer 2

最简单的解决方法是声明next 函数以返回一个 constexpr const 数组：

template<typename T, size_t N, size_t l> struct Loop {
  constexpr const static Ar2<T, N> next() {
    return appendarray<l>(Loop<T, N, l-1>::next(),
                  nextline(Loop<T, N, l-1>::next()[l-1]) );
  }
};