C++14：使用三元表达式从 constexpr 推导出 (auto) return 类型

Question

我正在试验 C++14 中的 constexpr 函数。以下代码按预期计算阶乘：

template <typename T>
constexpr auto fact(T a) {
    if(a==1)
        return 1;
    return a*fact(a-1);
}

int main(void) {
    static_assert(fact(3)==6,  "fact doesn't work");
}

用clang编译时如下：

> clang++ --version
clang version 3.5.0 (tags/RELEASE_350/final)
Target: x86_64-unknown-linux-gnu
Thread model: posix
> clang++ -std=c++14 constexpr.cpp

但是，当我更改 fact 定义以使用三元 ? 运算符时：

template <typename T>
constexpr auto fact(T a) {
    return a==1 ? 1 : a*fact(a-1);
}

我收到以下编译器错误：

> clang++ -std=c++14 constexpr.cpp
constexpr.cpp:12:31: fatal error: recursive template instantiation exceeded maximum depth of
      256
    return a==T(1) ? T(1) : a*fact(a-1);
        ... snip ...
constexpr.cpp:16:19: note: in instantiation of function template specialization 'fact<int>'
      requested here
    static_assert(fact(3)==6,  "fact doesn't work");

如果我明确声明 return 类型 T（而不是使用 auto 推断 return 类型），问题就解决了

template <typename T>
constexpr T fact(T a) {
    return a==1 ? 1 : a*fact(a-1);
}

如果我删除模板参数，模式会重复（三元版本失败，if 版本有效）

// this works just fine
constexpr auto fact(int a) {
    if(a==1)
        return 1;
    return a*fact(a-1);
}

而这失败了

constexpr auto fact(int a) {
    return a==1 ? 1 : a*fact(a-1);
}

出现以下错误

> clang++ -std=c++14 constexpr.cpp
constexpr.cpp:16:25: error: function 'fact' with deduced return type cannot be used before it
      is defined
    return a==1 ? 1 : a*fact(a-1);
                        ^
constexpr.cpp:15:16: note: 'fact' declared here
constexpr auto fact(int a) {
               ^
constexpr.cpp:20:26: error: invalid operands to binary expression ('void' and 'int')
    static_assert(fact(3)==6,  "fact doesn't work");
                  ~~~~~~~^ ~
2 errors generated.

这是怎么回事？

Answer 1

评估三元表达式的结果类型是 common type of its second and third arguments。

通过让编译器推断出 return 类型，您可以强制它对三元表达式的这两个参数求值。这意味着即使达到终止条件，递归也不会结束，因为当 a==1 时，要找出 fact(0) 的 return 类型，编译器必须继续评估进一步的递归调用fact，无休止的递归接踵而至。

通过声明return类型，fact(0)在a==1时不需要计算，递归可以终止。

对于两个return语句的情况，相关的标准条款是—

（来自 N4296）§7.1.6.4/9 [dcl.spec.auto]

If a function with a declared return type that contains a placeholder type has multiple return statements, the return type is deduced for each return statement. If the type deduced is not the same in each deduction, the program is ill-formed.

在您的示例中，在对 fact<int>(1) 的调用中，从第一个 return 语句推导出的 return 类型是 int，因此 return第二个 return 语句中 fact<int>(0) 的类型只能是 int。这意味着编译器不需要评估 fact<int>(0) 的主体并且递归可以终止。

确实，如果您在第二个 return 语句中也强制计算对 fact 的调用，例如通过更改第一个示例，使 T 是一个非类型模板参数

template <unsigned T>
constexpr auto fact() {
    if(T==1)
        return 1;
    return T*fact<T-1>();
}

clang 确实失败并出现错误

fatal error: recursive template instantiation exceeded maximum depth of 256

Live demo

C++14：使用三元表达式从 constexpr 推导出 (auto) return 类型

C++14: deduced (auto) return types from constexpr with ternary expressions

c++

ternary-operator

c++14

constexpr