constexpr std::optional 可能的实现

Question

我正在尝试实施std::optional 和constexpr 支持作为一种实践。用法如下：

constexpr optional<int> x(123);
int arr[*x];

在尝试实现这一点时，我遇到了一个我无法解决的问题：在optional<T> 对象中，我使用std::aligned_storage_t<sizeof (T), alignof (T)> 对象来存储值，并在optional<T> 中使用placement new的构造函数将值构造到存储中。但是placement new不能在constexpr构造函数中使用：

constexpr optional(const T& value)
    noexcept(std::is_nothrow_copy_constructible<T>::value)
    : ...
{
    new (ptr_to_storage) T(value);  // this breaks `constexpr`
}

我还能如何实现这个？

Answer 1

你可以使用联合。

看看 Andrzej 是如何做到的：

https://github.com/akrzemi1/Optional/blob/master/optional.hpp#L282

template <class T>
union storage_t
{
    unsigned char dummy_;
    T value_;

    constexpr storage_t( trivial_init_t ) noexcept : dummy_() {};

    template <class... Args>
    constexpr storage_t( Args&&... args ) : value_(constexpr_forward<Args>(args)...) {}

    ~storage_t() = default;
};


template <class T>
struct optional_base
{
    bool init_;
    storage_t<T> storage_;

    constexpr optional_base() noexcept : init_(false), storage_(trivial_init) {};

    explicit constexpr optional_base(const T& v) : init_(true), storage_(v) {}

    explicit constexpr optional_base(T&& v) : init_(true), storage_(constexpr_move(v)) {}

    template <class... Args> explicit optional_base(in_place_t, Args&&... args)
        : init_(true), storage_(constexpr_forward<Args>(args)...) {}

    template <class U, class... Args, TR2_OPTIONAL_REQUIRES(is_constructible<T, std::initializer_list<U>>)>
    explicit optional_base(in_place_t, std::initializer_list<U> il, Args&&... args)
        : init_(true), storage_(il, std::forward<Args>(args)...) {}

    ~optional_base() { if (init_) storage_.value_.T::~T(); }
};

注意：

如果您想获得一个既支持在 constexpr 函数中的局部变量中使用，又支持在运行时使用非平凡可破坏值的答案，则此解决方案存在一些复杂性。 （可能您确实想支持这一点，您不希望您的constexpr optional 泄漏，或者它不是常规可选的直接替代品。）

这是因为 constexpr 析构函数必须根据语言规则进行默认设置，但这必须与在某些情况下调用泛型参数的析构函数的需要相协调。

在 Andrzej 的示例中，这是通过使用 SFINAE 并打开 std::is_trivially_destructible 以切换到 optional_base 类的两种不同实现来解决的，一种具有默认析构函数，另一种没有。我在上面的清单中省略了它。如果你想了解所有血淋淋的细节，我建议你阅读 Andrzej 的代码。