编译时类型转换检查（constexpr 和用户定义的文字）

Question

更新：我在下面发布了自己的答案 这里有一个更长的版本：http://scrupulousabstractions.tumblr.com/post/38460349771/c-11-type-safe-use-of-integer-user-defined-literals

问题：

我已经制作了一个简单的constexpr 用户定义文字_X，它以 unsigned long long 形式获取值（这就是数字用户定义文字的工作方式：http://en.cppreference.com/w/cpp/language/user_literal），然后我确保该值适合在一个签名长长的。

这一切都很好（太大的值会导致编译错误），但只有当我显式创建变量时，例如

constexpr auto a= 150_X;

如果我写一些典型的东西，比如

cout << 150_X << endl;;

测试不在编译时执行。

• 如果将 constexpr 函数分配给 constexpr 变量，它们是否仅在编译时执行？ （我在标准中找不到）

• 是否可以实现我正在寻找的_X 的安全行为？

完整示例：

#include<iostream>
#include<stdexcept>

inline constexpr long long testConv(unsigned long long v) {
  return (v > 100 ) ? throw std::exception() : v; 
} // will eventually use actual limit from numeric_limits

inline constexpr long long operator "" _X(unsigned long long f) { 
  return testConv(f) ;
}

int main(){
  constexpr auto a= 5_X;
  std::cout << a << std::endl;
  std::cout << 200_X << std::endl;  // This bad literal is accepted at compile time
  constexpr auto c=250_X;           // This bad literal is not accepted at compile time
  std::cout << c << std::endl;
}

哦，供参考：我用的是gcc4.7.2。

Answer 1

自我回答： 我找到了一个完整的解决方案，灵感来自我的问题的 cmets 和其他答案，以及其他问题，例如 https://stackoverflow.com/a/13384317/1149664。

解决方法是使用自定义字面量的模板形式，手动求和，将已经解析的数字乘以10。

我在这里写了这个自我回答的详细版本：http://scrupulousabstractions.tumblr.com/post/38460349771/c-11-type-safe-use-of-integer-user-defined-literals

template<char... Chars>
int operator"" _steps(){
  return {litparser<0,Chars...>::value};
}

Litparser 是一个小模板元程序，它将字符列表作为参数，从 Chars 参数包保存的输入字符扩展而来。

typedef unsigned long long ULL;

// Delcare the litparser 
template<ULL Sum, char... Chars> struct litparser;

// Specialize on the case where there's at least one character left:
template<ULL Sum, char Head, char... Rest>
struct litparser<Sum, Head, Rest...> {
// parse a digit. recurse with new sum and ramaining digits
  static const ULL value = litparser<
    (Head <'0' || Head >'9') ? throw std::exception() : 
    Sum*10 + Head-'0' , Rest...>::value;
};

// When 'Rest' finally is empty, we reach this terminating case
template<ULL Sum>  struct litparser<Sum> {
  static const ULL value = Sum;
};

Answer 2

constexpr 函数可能在编译时执行；也就是说，它们有资格在常量表达式中使用。如果它们没有在常量表达式中使用，那么在编译时执行它们是没有意义的，尽管我认为这是允许的。

由于不允许将参数声明为 constexpr（第 7.1.5/1 节）[1]，我认为没有任何方法可以在编译时强制评估 operator "" _X(unsigned long long)，但是你也许可以用template<char...> operator "" _X()来做到这一点

如果在常量表达式中调用constexpr 函数，则参数将是常量表达式（如果不是，则调用不是常量表达式）。但是，您不能通过将参数声明为constexpr来强制将调用设为常量表达式，因为不允许将参数声明为constexpr，见参考标准。

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[注 1]：感谢 @LightnessRacesInOrbit 搜索标准以证明第二段中的主张。

Answer 3

Consexpr 函数不需要在编译时执行。但是你的目标是可以实现的。为了更好地理解问题，以及如何创建始终在编译时评估的迭代的示例，我推荐this post。