如果在 constexpr 上下文中，如何在 assert() 和 static_assert() 之间分派，依赖？

Question

在 C++11 constexpr 函数中，第二条语句（例如 assert()）是不可能的。 static_assert() 很好，但如果该函数被称为“普通”函数，它将不起作用。逗号运算符可以来帮助 wrto。 assert()，但很丑陋，一些工具会发出警告。

考虑这样的“getter”，它在断言旁边是完全可解释的。但我想为运行时和编译时保留某种断言，但不能仅仅根据“constexpr”上下文重载。

template<int Size>
struct Array {
  int m_vals[Size];
  constexpr const int& getElement( int idx ) const
  {
    ASSERT( idx < Size ); // a no-go for constexpr funcs in c++11
    // not possible, even in constexpr calls as being pointed out, but what I would like:
    static_assert( idx < Size, "out-of-bounds" );
    return m_vals[idx];
  }
};

附带条件：C++11、无堆、无异常、无编译器细节。

注意正如评论者指出的（谢谢！），static_assert 的论点是不可能的（但会很好）。在这种情况下，编译器给了我一个关于越界访问的不同错误。

Answer 1

类似

void assert_impl() { assert(false); } // Replace body with own implementation

#ifdef NDEBUG // Replace with own conditional
#define my_assert(condition) ((void)0)
#else
#define my_assert(condition) ((condition) ? (void()) : (assert_impl(), void()))
#endif

template<int Size>
struct Array {
  int m_vals[Size];
  constexpr const int& getElement( int idx ) const
  {
    return my_assert(idx < Size), m_vals[idx];
  }
};

如果在上下文中使用需要一个常量表达式（因为它将调用非constexpr函数），它将在断言失败时给出编译时错误。

否则它将在运行时调用assert（或您的类似物）失败。

据我所知，这是您能做的最好的事情。没有办法使用idx 的值在编译时强制检查上下文需要 常量表达式。

逗号运算符语法不好，但C++11 constexpr 函数非常有限。

当然，正如您已经指出的，如果在需要常量表达式的上下文中使用函数，无论如何都会诊断出未定义的行为。

如果您知道assert（或您的类似物）在条件计算结果为true 时不会扩展为常量表达式中禁止的任何内容，但如果计算结果为false 则这样做，那么您可以直接使用它而不是 my_assert 并跳过我在代码中构建的间接。

Answer 2

static_assert 不能在这里使用。 constexpr 函数的参数不允许在常量表达式中使用。因此，在给定的约束条件下，您的问题没有解决方案。

但是，我们可以通过弯曲两个约束来解决问题

1. 不使用static_assert（使用其他方法来生成编译时诊断），并且

2. 忽略逗号运算符“很丑，一些工具会发出警告。” （显示其丑陋是C++11 constexpr函数严格要求的不幸结果）

那么，我们可以使用普通的assert：

template <int Size>
struct Array {
  int m_vals[Size];
  constexpr const int& getElement(int idx) const
  {
    return assert(idx < Size), m_vals[idx];
  }
};

在常量评估上下文中，这将发出类似error: call to non-'constexpr' function 'void __assert_fail(const char*, const char*, unsigned int, const char*)' 的编译器错误。

Answer 3

比逗号表达式更好的是，您可以使用三元条件。第一个操作数是您的断言谓词，第二个操作数是您的成功表达式，并且由于第三个操作数可以是任何表达式 - 即使是在 C++11 常量上下文中不可用的表达式 - 您可以使用 lambda 调用库的 @987654321 @设施：

#define ASSERT_EXPR(pred, success)    \
    ((pred) ?                         \
     (success) :                      \
     [&]() -> decltype((success))     \
     {                                \
         ASSERT(false && (pred));     \
         struct nxg { nxg() {} } nxg; \
         return (success);            \
     }())

lambda 主体的解释：

• ASSERT(false && (pred)) 是为了确保使用适当的表达式（用于字符串化）调用您的断言机制。
• struct nxg { nxg() {} } nxg 是为了未来安全，以确保如果您在 C++17 或更高版本中使用 NDEBUG 编译，则 lambda 仍然不是constexpr，因此断言在 const-evaluation 上下文中强制执行。
• return (success) 有两个原因：确保第二个和第三个操作数具有相同的类型，并且如果您的库尊重 NDEBUG，则无论 pred 是什么，都会返回 success 表达式。 （pred 将被评估，但您希望断言谓词的评估成本低且没有副作用。）

使用示例：

template<int Size>
struct Array {
  int m_vals[Size];
  constexpr int getElement( int idx ) const
  {
    return ASSERT_EXPR(idx < Size, m_vals[idx]);
  }
};

constexpr int I = Array<2>{1, 2}.getElement(1); // OK
constexpr int J = Array<2>{1, 2}.getElement(3); // fails