在 constexpr 构造函数中初始化数组是否合法？

Question

下面的代码合法吗？

template <int N>
class foo {
public:
    constexpr foo()
    {
        for (int i = 0; i < N; ++i) {
            v_[i] = i;
        }
    }

private:
    int v_[N];
};

constexpr foo<5> bar;

Clang 接受它，但 GCC 和 MSVC 拒绝它。

GCC 的错误是：

main.cpp:15:18: error: 'constexpr foo<N>::foo() [with int N = 5]' called in a constant expression
   15 | constexpr foo<5> bar;
      |                  ^~~
main.cpp:4:15: note: 'constexpr foo<N>::foo() [with int N = 5]' is not usable as a 'constexpr' function because:
    4 |     constexpr foo()
      |               ^~~
main.cpp:4:15: error: member 'foo<5>::v_' must be initialized by mem-initializer in 'constexpr' constructor
main.cpp:12:9: note: declared here
   12 |     int v_[N];
      |         ^~

如果这种代码没问题，我可以少用index_sequences。

Answer 1

在 constexpr 上下文 until C++20 中禁止进行简单的默认初始化。

我猜的原因是很容易从默认初始化的原语中“意外”读取，这种行为会给您的程序带来未定义的行为，并且直接禁止具有未定义行为的表达式成为 @987654325 @ (ref)。该语言已经被扩展，因此现在编译器必须检查是否发生了这种读取，如果没有发生，则应该接受默认初始化。编译器需要做更多的工作，但是（正如您所见！）对程序员有很大的好处。

本文建议允许在 constexpr 上下文中对平凡的默认可构造类型进行默认初始化，同时继续禁止调用未定义的行为。简而言之，只要不读取未初始化的值，在堆分配和堆栈分配的情况下，constexpr 都应该允许这种状态。

从 C++20 开始，像你一样离开 v_“未初始化”是合法的。然后您继续为其所有元素分配值，这很棒。

Answer 2

虽然这并不能直接回答您的问题，但我认为至少值得一提。您可以简单地使用类内初始化并将数组初始化为零：

int v_[N]{};

另一种方法，无需先初始化数组，就是（私下）从std::array 继承。奇怪的是，这实际上被 GCC 接受了，但没有被 Clang 接受：

#include <array>

template<int N>
struct foo : private std::array<int, N> {
    constexpr foo() {
        for (auto i = int{}; i < N; ++i) {
            (*this)[i] = i;
        }
    }
};

constexpr foo<5> bar;