编译器模式，其向量在编译时求值(带有"consteval")

Question

我正试图创建一个遵循构建器模式的类，并且在编译时完全运行(在C++20中使用新的consteval关键字)，但无论我尝试什么都不起作用。例如，这不起作用：

#include <vector>
class MyClass
{
private:
std::vector<int> data;
public:
consteval MyClass& setData()
{
this->data = {20};
return *this;
}
consteval std::vector<int> build()
{
return data;
}
};

int main()
{
std::vector<int> data = MyClass().setData().build();
}

这给出了错误"；CCD_ 2不是常数表达式"；。这让我相信我应该返回该类的副本：

#include <vector>
class MyClass
{
private:
std::vector<int> data;
public:
consteval MyClass setData()
{
// https://herbsutter.com/2013/04/05/complex-initialization-for-a-const-variable/
return [&]{
MyClass newClass;
newClass.data = {20};
return newClass;
}();
}
consteval std::vector<int> build()
{
return data;
}
};

int main()
{
std::vector<int> data = MyClass().setData().build();
}

然而，我也犯了同样的错误。我应该如何在C++中使用常量时间生成器模式？这似乎只发生在vectors中，我使用的版本支持C++20constexpr vectors。

Answer 1

您的代码不编译，因为当前C++只允许"瞬态"；常量表达式中的分配。这意味着，在常数表达式求值期间，允许动态地分配内存(由于C++20)，但仅在任何这样的分配在常数表达式为"0"时被解除分配的条件下；结束"；。

在代码中，表达式MyClass().setData()必须是常量表达式，因为它是立即调用(这意味着对consteval函数的调用，而不是发生在另一个consteval函数或if consteval块中的调用)。表达式MyClass().setData().build()也必须是常量表达式。这意味着，在评估MyClass().setData().build()时，允许动态分配，但必须不存在"0"；幸存的"；在CCD_ 11结束时以及在MyClass().setData().build()结束时的分配。

由于无法阻止MyClass().setData()的结果具有实时分配，因此只能在封闭的consteval函数或if consteval块内调用它。例如，以下内容将有效：

consteval int foo() {
return MyClass().setData().build()[0];
}

请注意，临时MyClass对象(以及std::vector<int>子对象)将被销毁，因此，在foo()返回之前，所有动态分配都将被清理。

您想在最外层的consteval函数完成后保持矢量不变吗？很抱歉，你不能这么做——至少在当前版本的C++中不能。您需要将其内容复制到<anonymous>0或其他不使用动态分配的对象中。

Answer 2

<source>: In function 'int main()':
<source>:24:46: error: '<anonymous>' is not a constant expression
24 |     std::vector<int> data = MyClass().setData().build();
|                             ~~~~~~~~~~~~~~~~~^~

请注意编译器是如何解开MyClass().setData()的。

setData()返回对*this的引用，其类型为MyClass而不是const。实际上，您只是在setData()中修改了它。对非常量的引用不能是常量表达式。

您可以通过按值返回来更改：consteval MyClass setData()

但随后您会遇到这样的问题，即在constexpr中，所有对new的调用都必须与对delete和elided的调用相平衡。但是std::vector调用new，并且您永远不会破坏向量。所以你得到了：

/opt/compiler explorer/gcc-12.1.0/include/c++/12.1.0/bits/allocater.h:182:50:错误："MyClass:：setData()"不是常量表达式，因为它引用了"operator new"的结果

如果使用std::array，则可以执行consteval。或者其他不使用堆的容器。