C++20：非类型模板参数中的非捕获 lambda

Question

C++20 是否允许将衰减为函数指针的非捕获 lambda 作为非类型模板参数直接传递？如果是这样，正确的语法是什么？

我使用-std=c++2a在各种版本的clang和gcc中尝试了以下代码。

#include <iostream>

template<auto f>
struct S {
    static void invoke(int x) { f(x); }
};

using X = S<+[](int x) -> void { std::cout << x << " hello\n"; }>;

int main()
{
    X::invoke(42);
}

gcc 无怨无悔地编译代码，代码按预期运行。

clang 编译失败并出现以下错误：

error: a lambda expression cannot appear in this context
using X = S<+[](int x) -> void { std::cout << x << " hello\n"; }>;
             ^

这是完整的代码（在线版本）：

Clang 10.0.0 HEAD：https://wandbox.org/permlink/n5eKQ4kQqSpDpr4k

Gcc 10.0.0 HEAD 20200113：https://wandbox.org/permlink/vJ44sdMtwCKAFU64

Answer 1

C++20 是否允许将衰减为函数指针的非捕获 lambda 作为非类型模板参数直接传递？

是的。

确实，您可以更进一步——您甚至不需要将 lambda 转换为函数指针。您可以只提供 lambda。这是有效的 C++20：

using Y = S<[](int x) -> void { std::cout << x << " hello\n"; }>;

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我们在 C++20 中的规则是，现在允许在未计算的上下文中使用 lambda (P0315)。在许多其他措辞更改中，本文提出了阻止 lambda 在模板参数中使用的规则 (C++17's [expr.prim.lambda]/2)：

lambda-expression 不得出现在未计算的操作数中、模板参数、别名声明中，在 typedef 声明中，或者在函数体和默认参数之外的函数或函数模板的声明中。

该子句在 C++20 中不再存在。

移除这个限制允许 lambda 被用作模板参数，并且从无捕获 lambda 到函数指针的转换在 C++17 中已经是 constexpr。 clang 还没有实现这个特性（using T = decltype([]{}); 在 gcc 上编译，还没有在 clang 上编译）。我不会称这为 clang 错误，它只是一个 clang 尚未实现的功能（未评估上下文中的 lambdas 尚未在 cppreference compiler support page 中列为已实现）。

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C++20 非类型模板参数 (P1907) 甚至允许删除 +，因为无捕获 lambda 算作 结构类型 ([temp.param]/7)，因为根本没有任何数据成员。

Answer 2

如果这方面的规则自 C++17 以来没有改变，则不允许使用 lambda 作为模板参数，原因与不允许使用字符串文字相同。每个 lambda 都有不同的类型，每个字符串字面量都指向不同的对象。 C++17 中的变化是闭包对象现在是constexpr。要使用字符串文字或 lambda 作为模板参数，对象必须具有外部链接。所以这在 C++17 中是允许的。

template <auto>
struct S {};

constexpr const char string[] = "String literal";
constexpr auto lambda = []{};

S<string> a;
S<+lambda> b;

闭包对象本身不能用作模板参数（所以你不能这样做S<lambda>），但这可能在 C++20 中通过三向比较发生了变化。对象必须具有外部链接的原因是因为它破坏了模板。 S<+[]{}> 和 S<+[]{}> 将被视为不同的类型，即使它们看起来相同（与 S<""> 类似）。

Answer 3

模板参数必须是constexpr 变量。

有一个针对 lambdas 的相关提案 N4487。

我不知道它是否进入了 C++20。