C++ 模板：有点像无限递归，但不是真的答案

【问题标题】：C++ Template: Kind of like infinite recursion but not reallyC++ 模板：有点像无限递归，但不是真的
【发布时间】：2021-12-22 19:47:50
【问题描述】：

我有以下代码：

#include <cstdint>

template <uint32_t test_value, uint32_t ...Vn>
struct is_prime_tmpl;

template <uint32_t test_value>
struct is_prime_tmpl<test_value> {
    static constexpr bool value = true;
};

template <uint32_t test_value, uint32_t V1, uint32_t ...Vn>
struct is_prime_tmpl<test_value, V1, Vn...> {
    static constexpr bool value = (test_value % V1 != 0) && is_prime_tmpl<test_value, Vn...>::value;
};

template <uint32_t ...Vn>
struct prime {};

template <uint32_t max_target, uint32_t test_value, class PrimeList>
struct generate_prime_helper_tmpl;

template <uint32_t max_target, uint32_t test_value, uint32_t ...Vn>
struct generate_prime_helper_tmpl<max_target, test_value, prime<Vn...>> {
    static constexpr auto result = test_value <= max_target ? 
            (is_prime_tmpl<test_value, Vn...>::value ? 
                generate_prime_helper_tmpl<max_target, test_value + 1, prime<Vn..., test_value>>::result :                  generate_prime_helper_tmpl<max_target, test_value + 1, prime<Vn...>>::result) :
            prime<Vn...>();
};

int main() {
    static_assert(is_prime_tmpl<2>::value);
    static_assert(std::is_same_v<generate_prime_helper_tmpl<2, 2, prime<>>::result, prime<2>);
}

代码试图生成一个素数序列。但它无法在我的本地机器上用 g++10 编译。编译器不会发出任何警告或错误。它只是永远编译。

似乎递归以某种方式被破坏了。但我看不到它。比起实际的解决方案，我更感兴趣的是哪里出了问题。

知道出了什么问题吗？

【问题讨论】：

标签： c++ templates c++17 variadic-templates template-meta-programming

【解决方案1】：

您的三元运算符确实不停止递归，这使您的代码陷入无限递归。当参数不满足条件时，您应该使用if constexpr 来防止递归。

类似这样的：

template <uint32_t max_target, uint32_t test_value, uint32_t ...Vn>
struct generate_prime_helper_tmpl<max_target, test_value, prime<Vn...>> {
  static constexpr auto result = [] {
    if constexpr (test_value <= max_target) {
      if constexpr (is_prime_tmpl<test_value, Vn...>::value)
        return generate_prime_helper_tmpl<max_target, test_value + 1, prime<Vn..., test_value>>::result;
      else
        return generate_prime_helper_tmpl<max_target, test_value + 1, prime<Vn...>>::result;
    }
    else
      return prime<Vn...>();
  }();
};

Demo.

【讨论】：

感谢您提供有趣的解决方案。我认为通过将result 声明为constexpr，它将强制编译器在编译时评估整个表达式，但似乎编译器试图在不评估三元运算的情况下扩展代码......
@HCSF - 当然可以。评估表达式需要两个格式正确的操作数，即使一个没有使用。
@StoryTeller-UnslanderMonica 所以你说的是因为当编译器看到三元运算符时，它不会先尝试评估条件表达式，但编译器会先尝试评估两个操作数，所以它变成无限递归，用if constexpr，编译器会先计算条件表达式？
@HCSF - 不。编译器不评估条件。这种递归发生在评估之前。条件被解析，它的两个操作数必须是一些可以出现在条件中的实体。所以编译器别无选择，只能实例化它们以查看它们是否甚至是有效的操作数。冲洗并重复。