为什么 std::get 不适用于变量？答案

【问题标题】：Why std::get does not work with variables?为什么 std::get 不适用于变量？
【发布时间】：2019-05-30 19:12:51
【问题描述】：

我在理解函数，尤其是模板函数和局部变量在编译期间的行为方面遇到了麻烦。

所以这段代码与std::get 配合得很好：

enum class UserInfoFields{name, email, address};

using UserInfo = std::tuple<std::string, std::string, std::string>;

int main()
{
    UserInfo s{"Edmund", "edmund@page.me", "Denver street 19"};
    std::cout << std::get<static_cast<size_t>(UserInfoFields::name)>(s) << std::endl;
    return 0;
}

据我了解，这是因为std::get 是一个模板函数，它需要在编译期间知道模板参数。这是有道理的，因为static_cast<... 在编译期间为我们提供了价值。

如果我把main()代码改成这样，我不明白的地方：

 int main()
{
    UserInfo s{"Edmund", "edmund@page.me", "Denver street 19"};
    auto a = static_cast<size_t>(UserInfoFields::name);
    std::cout << std::get<a>(s) << std::endl;
    return 0;
}

这是不允许的。我知道我必须使用constexpr，但我想知道，为什么第二个代码不起作用？

【问题讨论】：

标签： c++ templates c++14

【解决方案1】：

你自己写的

std::get 是一个模板函数，它需要在编译期间知道模板参数

局部变量的值在编译期间是不（在一般情况下）已知的；局部变量的值是运行时属性。因此，局部变量不能用作模板参数。

如果你想把它当作一个来使用，你必须让它成为一个编译时的值。这是通过将其设为constexpr 来实现的（正如您在问题中所述）。

【讨论】：

你写下来后我觉得好傻...我不知道，但我的大脑拒绝接受在编译期间不知道局部变量，我什至没有去阅读因为我认为我是对的。
我有一个问题，如果我采取一个简单的模板功能：template<typename T> auto to_size_t(T index) { return static_cast<size_t>(index); } 并写在主int f = 4; std::cout << to_size_t(f); 为什么这样工作？如果 f 是局部变量
@aikhs 在这种to_size_t 的例子中，局部变量f 被用作函数参数，这非常好。模板参数必须是编译时常量。如果你写了template <int v> auto to_size_t() { return static_cast<size_t>(v); }，你也不能在那里使用f。
顺便说一句，const auto a = 0; std::cout << std::get<a>(...) 也可以。
@Angew 好的，我明白了，这是因为模板参数应该指向或复制一些参数值，否则模板参数将在编译期间挂起？

【解决方案2】：

模板非类型参数，如std::get<> 采用的size_t，必须是编译时常量。

您的auto a 不是编译时间常数。在您的具体情况下，您可以证明 a 在此时的值永远不会改变，并且始终是 0。

但是 C++ 是一种强类型语言，它依赖于程序员提供的显式类型。在评估std::get<a> 时，C++ 允许自己知道的关于a 的唯一事情是它是std::size_t 类型的非常量非constexpr 局部变量。

因此，如果std::get<a> 有效，那么必须：

int main(int argv, char ** argc) {
  UserInfo s{"Edmund", "edmund@page.me", "Denver street 19"};
  std::size_t a = argv; // number of arguments
  std::cout << std::get<a>(s) << std::endl;
}

std::get<std::size_t> 是一个nothrow 函数，不允许在运行时失败。如果您使用 100 个参数调用此代码，则上述代码可能无法工作。

其次，虽然您的 UserInfo 是 3 种相同类型，但 std::get<size_t>(tuple<a,b,c>) 在类型不同时有效。所以

using UserInfo = std::tuple<int, std::string, double>;

那么std::get< argv >( some_user_info ) 也必须工作。在这种情况下，它返回的类型可以是三种类型中的任何一种——但 C++ 要求所有表达式都具有一种类型。

简短的版本是“语言标准是这样说的”。较长的版本是“在一般情况下，您的代码不起作用”。

现在，您可以通过一些更改来解决您的特定情况下的代码。

using UserInfo = std::array<std::string, 3>;

现在UserInfo 已知有 3 种统一类型。

std::cout << s[a] << std::endl;

现在你传入索引，因为[] 的参数不是模板非类型参数，它可以在运行时变化。

[] 允许在索引超出范围时执行 UB。（std::get<a> 不是）。

现在，C++ 可能会发展，新标准可能会带来一些魔力，并以某种方式检测您的特殊情况并允许 std get 在运行时失败等。但是每次调用 std::get 都可能是运行时失败，而在它之前不是;您的应用程序的测试表面刚刚爆炸。

哎呀，它可以自动检测到 auto a = blah 在上一行使用常量表达式进行了初始化，并使其在下一行中的使用自动成为常量表达式。

但是，一个知道自己在做什么的程序员将调用get_proper_a() 替换为3 进行调试可能会使他们的代码虚假地改变行为，因为秘密类型信息“泄漏”到代码中。而当实际返回3（但编译器无法证明）的get_proper_a() 运行时，代码会在运行时中断。

【讨论】：

那么为什么有人要创建一个带有模板参数的模板函数呢？如果使用函数参数制作模板函数更容易？
@aikhs 函数返回值的静态类型不能依赖于函数参数值。它可以依赖于模板非类型模板参数值。

【解决方案3】：

这不是一个正式的解释，而是一个（希望）易于理解的理由。

由于 C++ 是一种强类型语言，std::get 的返回类型必须在编译时让编译器知道。但是std::get 的不同版本会返回不同的类型——因为元组中不同索引处可能有不同的类型。

因此，std::get 的模板参数的值需要来自编译器在编译时已知的某个地方。 constexpr 变量具有编译器已知的值，例如，const 变量用常量表达式初始化。但简单的非常量整数变量，即使在定义时初始化，也不是。

【讨论】：