constexpr 构造函数中的 static_assert答案

【问题标题】：static_assert within constexpr constructorconstexpr 构造函数中的 static_assert
【发布时间】：2021-02-05 11:37:11
【问题描述】：

我正在寻找一种方法来检测 constexpr 构造函数的给定值是否在有效范围内。

代码如下：

class Timer0 {

constexpr uint16_t CalcPresecaler( uint32_t faktor )
{   
    uint16_t prescaler = faktor / 255;

    if ( prescaler <    1 ) return    1;  
    if ( prescaler <    8 ) return    8;  
    if ( prescaler <   64 ) return   64; 
    if ( prescaler <  256 ) return  256;
    return 1024;
}   

constexpr uint8_t PrescalerBits( uint16_t prescaler )
{   
    if ( prescaler == 1024 ) return 0b101;
    if ( prescaler ==  256 ) return 0b100;
    if ( prescaler ==   64 ) return 0b011;
    if ( prescaler ==    8 ) return 0b010;
    if ( prescaler ==    1 ) return 0b001;
    return 0b000; // should never happen
}  
    constexpr Timer0( const uint32_t sysclk, const uint32_t timerclk )
    {
        uint32_t faktor = sysclk/timerclk; 
        uint16_t prescaler = CalcPresecaler( faktor );
        uint8_t prescalerBits = PrescalerBits( prescaler );
        uint8_t compare = (faktor/prescaler)-1;
        static_assert( ???? ); << can not be used on function parameters
        OCR0=compare;
        TCCR0=0x08| prescalerBits;
        TIMSK=0x02;
    }
};

int main()
{
     Timer0 t0(  8000000, 10 );
}

我已经读过C++11 - static_assert within constexpr function? 但是我不能使用throw，因为我在gcc没有启用异常的avr嵌入式目标上，即使它在这里用于编译时检查。

知道如何在编译时检测compare 的值没有超过给定值吗？

【问题讨论】：

你可以做一些违法的事情吗？也许reinterpret_cast 或取消引用一个nullptr？
@user975989：在编译时应该如何检测？
为什么不Timer0Impl<800000, 10> t0？无论如何，它总是编译时间，对吧？
您将constexpr 函数与其值在编译时未知的参数一起使用。是故意的吗？
if(!condition) *(int*)(nullptr)?我现在意识到你正在使用C++20，所以你可以使用consteval。

标签： c++ avr c++20 static-assert

【解决方案1】：

由于不能抛出，所以可以在 constexpr 环境中做一些非法的事情。

例如，如果你的条件是prescalerBits != 0，你可以这样做：

if (prescalerBits == 0)
    *(int*)nullptr = 0;

应该停止任何编译时评估。如果您担心在运行时调用此函数并获得空指针取消引用，您可以使用std::is_constant_evaluated() 来保护这种情况。

【讨论】：

在我们没有不断评估的情况下，是否有机会检测到编译错误？不能在 constexpr if 和 static_assert 的上下文中使用它。因此，如果一个 lib 用户调用非 constexpr 上下文，我们根本不会出错，即使我们没有获得 nullptr 访问权限。

【解决方案2】：

您的代码并不是真正独立的，所以不清楚到底是什么问题，所以我们将解决类似但更简单的问题：

在编译时构造一个矩形并检查它不是正方形（边长必须不同）。

第一个令人不舒服的 C++ 真相：

C++ 中没有 constexpr 函数参数。

这让包括我在内的许多开发人员感到困惑，但当你理解它的含义时，它是有道理的，但这是一个不同的长篇故事......

破解/解决此问题以使用模板参数作为拥有“constexpr 函数参数”的一种方式。

简单示例：

constexpr void fn(const int val){
  // does not compile even when val is 47: fn(47).
  //static assert(val==47);
}

template<auto val>
constexpr void fn_cx(){
  // does  compile  when called with 47:  fn<47>()>
  static_assert(val==47);
}

现在到implement我们的矩形示例：

class Rectangle{
    public:
    constexpr Rectangle(const int a, const int b): a_(a), b_(b){} 
    template<auto/*you can also use int here*/ a, auto b>
    static constexpr Rectangle MakeCx(){
        static_assert(a!=b,"square not allowed");
        return Rectangle(a,b);
    }
    constexpr int area() const{
        return a_*b_;
    }
    private:
    int a_;
    int b_;
};


int main()
{
    // ok
    constexpr auto rect = Rectangle::MakeCx<2,3>();
    // static_assert fails
    // constexpr auto square = Rectangle::MakeCx<2,2>();
    return rect.area();
}

注意：您提到您正在使用一些预定义的寄存器，这些显然不能在 constexpr 构造函数中写入。

【讨论】：