在常量表达式中将基类型转换为派生类型时，MSVC 编译失败答案

【问题标题】：MSVC failed to compile when converting a base type to a derived type in a constant-expression在常量表达式中将基类型转换为派生类型时，MSVC 编译失败
【发布时间】：2020-03-01 19:04:36
【问题描述】：

代码：

#include <cstddef>

template <typename value_type, typename iterator_type>
class array_iterator_base
{
protected:
    value_type *ptr;

public:
    constexpr array_iterator_base() : ptr(nullptr) {}
    constexpr iterator_type &operator++()
    {
        ++ptr;
        return *static_cast<iterator_type *>(this); // [1]
    }
};

template <typename value_type>
class array_iterator : public array_iterator_base<value_type, array_iterator<value_type>>
{
public:
    constexpr array_iterator(value_type *ptr)
    {
        this->ptr = ptr;
    }
};

template <typename value_type, std::size_t Size>
class array
{
public:
    using iterator = array_iterator<value_type>;

    value_type m_data[Size];
    constexpr iterator begin() { return iterator(m_data); }
};

class Demo
{
    using storage = array<int, 3>;
    using iterator = typename storage::iterator;

private:
    storage m_arr = { 1, 2, 3 };
    iterator m_iter = m_arr.begin();

public:
    constexpr Demo() {}
    constexpr void field()
    {
        ++m_iter; // MSVC: failed
    }
    constexpr void local_variable()
    {
        storage arr = { 1,2,3 };
        iterator iter = arr.begin();
        ++iter; // MSVC: OK
    }
};

constexpr int ok()
{
    Demo demo;
    demo.local_variable();
    return 1;
}

constexpr int error()
{
    Demo demo;
    demo.field();
    return 1;
}

int main()
{
    constexpr int x = ok();
    // GCC: OK
    // Clang: OK
    // MSVC: OK

    constexpr int y = error(); // [2]
    // GCC: OK
    // Clang: OK
    // MSVC: error
}

由于[1] 行导致[2] 行出错：

Expression did not evaluate to a constant.
Failure was caused by cast of object of dynamic type
    array_iterator<value_type>
to type
    iterator_type
with
    [value_type=int]
    [iterator_type=array_iterator<int>]

我自己正在编写一个数组类。我决定编写一个数组迭代器基类，以便任何数组迭代器类都可以从它继承以节省一些击键。为此，当需要返回迭代器本身时，我必须将基类强制转换为派生迭代器类，因此iterator_type &operator++() 重载中有return *static_cast<iterator_type *>(this);。

但是，在constexpr 上下文中，当迭代器是类中的字段时，MSVC 编译失败，但当迭代器是局部变量时编译成功。错误消息说表达式不是常量，因为函数调用涉及转换动态类型（见上文）。

GCC 和 Clang 在这两种情况下都编译成功。

有趣的是，在 Visual Studio 中，y 的值实际上可以预览（通过将光标悬停在其上），就像任何其他 constexpr 变量一样（这让我认为 MSVC 可能是错误的）。

编辑：MSVC 的最新预览版仍然无法编译。

编辑：我已将此错误报告给 Microsoft here。

问题：

根据标准，哪个编译器是正确的？
有没有更好的方法来做我正在做的事情（即为迭代器类编写一个基类来继承）？

【问题讨论】：

很高兴知道最新的 VS Preview 是否接受代码。
@Acorn 刚刚尝试使用 MSVC“Preview”（C++20 标准），它给出了相同的错误（默认为 C++17 标准）；使用 C++14 标准也会出现同样的错误。
@durianice 我尝试改进格式以消除错误等。如果您不喜欢它，请随时恢复。
我不知道 MSVC 是否正确，但你不能让 operator++ 返回一个 array_iterator_base& 吗？这适用于 MSVC。 Demo
看起来像一个 MSVC 错误。您应该提交错误（菜单帮助/发送反馈/报告问题...）。

标签： c++ visual-c++ visual-studio-2019 constexpr

【解决方案1】：

我看不出有什么不应该编译的理由。

MSVC 的错误消息没有意义，因为 array_iterator<value_type> 和 value_type = int 是 array_iterator<int> 和 iterator_type 也是 array_iterator<int>。所以演员表是有效的。

this 还引用了在此常量表达式求值中创建的对象，该对象以调用 error() 开始，因此没有理由将其作为常量表达式的子求值而拒绝。

GCC 和 Clang 似乎都同意该分析，因此这很可能是一个 MSVC 错误。我也没有看到您在这里使用的 CRTP 有任何问题。不过我看不出有什么好处，因为它只有一个类定义（array_iterator）继承自 CRTP 基础。

向下转换似乎合适。您只需确保永远不会直接创建 array_iterator_base 类型的实例。你可以例如让array_iterator_base protected 的构造函数实现这一点。

【讨论】：