C++ 中的 Consexpr 迭代器

Question

我有兴趣为个人项目创建一个非常小的 constexpr 容器。我需要的最重要的东西是一个带有真正 constexpr 迭代器的容器。它们最终将被添加到标准中（http://www.open-std.org/jtc1/sc22/wg21/docs/papers/2018/p0858r0.html），但我想知道如何在当前的 C++ 中实现它们。

假设我有一个这样的数据结构：

template <typename T, unsigned N>
struct array {
  const T data[N];

  template<typename... Args>
  constexpr array(const Args&... args) : data{args...} {
}
  struct array_iterator {
    T const* ptr;

    constexpr array_iterator(const T* ptr) : ptr(ptr) {}

    constexpr void operator++() { ++ptr; }
    constexpr void operator--() { --ptr; }
    constexpr T const& operator* () const { return *ptr; }
    constexpr bool operator==(const array_iterator& rhs) const { return *(*this) == *rhs; }
    constexpr bool operator!=(const array_iterator& rhs) const { return !(*this == rhs); }
  };

  constexpr array_iterator begin() const { return array_iterator(data); }
  constexpr array_iterator end()   const { return array_iterator(data + N); }
};

我需要的是能够在 constexpr 上下文中实际使用迭代器：

constexpr array<int, 3> arr(1, 2, 3);
constexpr auto it = arr.begin();

但很明显，由于我在搞乱非 constexpr ptr 子对象，我会遇到如下错误：

iterator.cpp:46:18: error: constexpr variable 'it' must be initialized by a
      constant expression
  constexpr auto it = arr.begin();
                 ^    ~~~~~~~~~~~
iterator.cpp:46:18: note: pointer to subobject of 'arr' is not a constant
      expression
iterator.cpp:45:27: note: declared here
  constexpr array<int, 3> arr(1, 2, 3);
                          ^

那么对于像数组这样的容器，什么是最小的 constexpr 迭代器？

Answer 1

constexpr 有几个含义。

它可以表示一个始终可以在编译时计算的值。它可以表示一个函数，给定编译时参数，可以生成可以在编译时计算的输出。

您发现您的迭代器无法引用自动存储constexpr 对象。另一方面，它们可以在constexpr 函数中调用。

template <typename T, unsigned N>
struct array {
  const T data[N];

  template<typename... Args>
  constexpr array(const Args&... args) : data{args...} {}

  struct array_iterator {
    T const* ptr;

    constexpr array_iterator(const T* ptr) : ptr(ptr) {}

    constexpr void operator++() { ++ptr; }
    constexpr void operator--() { --ptr; }
    constexpr T const& operator* () const { return *ptr; }
    constexpr bool operator==(const array_iterator& rhs) const { return ptr == rhs.ptr; }
    constexpr bool operator!=(const array_iterator& rhs) const { return !(*this == rhs); }
  };

  constexpr array_iterator begin() const { return array_iterator(data); }
  constexpr array_iterator end()   const { return array_iterator(data + N); }
};

constexpr int sum() {
    int retval = 0;
    constexpr array<int, 3> arr = {1,2,3};
    for (int x : arr)
        retval += x;
    return retval;
}

int main() {
    array<int, sum()> test;
    (void)test;
}

您的operator== 已损坏，但修复后我们可以在constexpr 上下文中调用sum()，而后者又使用迭代器。