为什么非静态数据成员不能是 constexpr？

Question

这是有效的代码：

struct S {
  constexpr S(int x, int y): xVal(x), yVal(y) {}
  constexpr S(int x): xVal(x) {}
  constexpr S() {}

  const int xVal { 0 };
  const int yVal { 0 };
};

但在这里我真的很想声明xVal 和yVal constexpr——像这样：

struct S {
  constexpr S(int x, int y): xVal(x), yVal(y) {}
  constexpr S(int x): xVal(x) {}
  constexpr S() {}

  constexpr int xVal { 0 };         // error!
  constexpr int yVal { 0 };         // error!
};

如前所述，代码无法编译。原因是（根据 7.1.5/1），只能声明静态数据成员 constexpr。但是为什么？

Answer 1

想想constexpr 的含义。这意味着我可以在编译时解析这个值。

因此，类的成员变量本身不能是constexpr...xVal所属的实例直到实例化时才存在！拥有xVal 的东西可能是constexp，这将使xVal 成为constexpr，但xVal 永远不可能是constexpr。

这并不意味着这些值不能是 const 表达式……事实上，类的 constexpr 实例可以将变量用作 const 表达式：

struct S {
  constexpr S(int x, int y): xVal(x), yVal(y) {}
  constexpr S(int x): xVal(x) {}
  constexpr S() {}

  int xVal { 0 };
  int yVal { 0 };
};

constexpr S s;

template <int f>//requires a constexpr
int foo() {return f;}

int main()
{
   cout << "Hello World" << foo<s.xVal>( )<< endl; 

   return 0;
}

编辑：所以下面有很多讨论，回顾了这里有几个隐含的问题。

“为什么我不能通过将类的成员声明为 constexpr 来强制类的所有实例为 constexpr？”

举个例子：

//a.h
struct S;
struct A {std::unique_ptr<S> x; void Foo(); A();/*assume A() tries to instantiate an x*/}

//main.cpp

int main(int argc, char** argv) {
  A a;
  a->foo();
}


//S.h
struct S {
  constexpr S(int x, int y): xVal(x), yVal(y) {}
  constexpr S(int x): xVal(x) {}
  constexpr S() {}

  constexpr int xVal { 0 };         // error!
  constexpr int yVal { 0 };
};

A 和 S 的定义可能在完全不同的编译单元中，因此 S 必须是 constexpr 的事实可能要到链接时才能知道，尤其是在忘记 A 的实现的情况下。这种模棱两可的情况很难调试，也很难实现。更糟糕的是，S 的接口可以完全暴露在共享库、COM 接口等中......这可能会完全改变共享库的所有基础结构，这可能是不可接受的。

另一个原因是它的传染性。如果类的任何成员是 constexpr，则所有成员（及其所有成员）和所有实例都必须是 constexpr。采取以下场景：

//S.h
struct S {
  constexpr S(int x, int y): xVal(x), yVal(y) {}
  constexpr S(int x): xVal(x) {}
  constexpr S() {}

  constexpr int xVal { 0 };         // error!
  int yVal { 0 };
};

任何 S 实例都必须是 constexpr 才能独占持有 constexpr xval。 yVal 本质上变成了constexpr，因为xVal 是。没有技术编译器的原因你不能这样做（我不认为），但它感觉不像 C++。

“好的，但是我真的想创建一个类 constexpr 的所有实例。阻止我这样做的技术限制是什么”。

可能除了标准委员会之外没有其他人认为这是一个好主意。就我个人而言，我发现它的实用性很小……我真的不想定义人们如何使用我的课程，只是定义我的课程在他们使用它时的行为方式。当他们使用它时，他们可以将特定实例声明为 constexpr（如上）。如果我有一些我想要一个 constexpr 实例的代码块，我会用模板来做：

template <S s>
function int bar(){return s.xVal;}

int main()
{
   cout << "Hello World" << foo<bar<s>()>( )<< endl; 

   return 0;
}

虽然我认为您最好使用一个 constexpr 函数，该函数既可以用于限制性方式，也可以用于非限制性方式？

constexpr int bar(S s) { return s.xVal; }