在 GCC 工作正常的情况下使用 Clang 时无限递归模板实例化？

Question

以下 c++ 代码的目的是将三元运算符 (?:) 包装在一个单独的函数中，稍后将有助于构建语法树。

在查看真正的 c++ 代码片段之前，让我们快速看一下它在伪代码中的作用：

bool recursive(bool v) {
    return v ? v : recursive(v);
}
int main() {
    bool r = recursive(true)
}

不幸的是，当三元运算符 (?:) 包含在模板函数中时，Clang 在终止递归时遇到问题：

/****************** DECLARATIONS ******************/
template<typename T>
constexpr T
recursive(T t);

struct IfCase {
    template<typename T>
    constexpr T
    operator()(T t) const;
};

struct ElseCase {
    template<typename T>
    constexpr T
    operator()(T t) const;
};

#if defined(WORKS)
    static constexpr bool
    if_then_else_return(bool b, IfCase const& ic, ElseCase const& ec, bool x);
#else
    template<typename T, typename IfFunctor, typename ElseFunctor>
    static constexpr T
    if_then_else_return(T b, IfFunctor const& ic, ElseFunctor const& ec, T x);
#endif

/****************** DEFINITIONS ******************/
template<typename T>
constexpr T
IfCase::operator()(T t) const {
    return t; 
}

template<typename T>
constexpr T
recursive(T t) {
    return if_then_else_return(t, IfCase{}, ElseCase{}, t);
}

template<typename T>
constexpr T
ElseCase::operator()(T t) const {
    return recursive(t); 
}

#if defined(WORKS)
    constexpr bool
    if_then_else_return(bool b, IfCase const& ic, ElseCase const& ec, bool x) {
        return b ? ic(x) : ec(x);
    }
#else
    template<typename T, typename IfFunctor, typename ElseFunctor>
    constexpr T
    if_then_else_return(T b, IfFunctor const& ic, ElseFunctor const& ec, T x) {
        return b ? ic(x) : ec(x);
    }
#endif


/****************** CALL ******************/

int main() {
    constexpr auto r = recursive(true);
}

构建结果：

g++ 与注册。功能（-DWORKS）：确定
g++ 与 tmpl。功能：OK
clang++ 与 reg。功能（-DWORKS）：好的（Find code & results also at Coliru）
clang++ 与 tmpl。功能：失败（Find code & results also at Coliru）

GCC (4.9.2) 编译两个变体都没有错误，但 Clang（3.5 到 3.8）失败并显示以下错误消息：

main.cpp:56:14: fatal error: recursive template instantiation exceeded maximum depth of 256
                return b ? ic(x) : ec(x);
                           ^
/*** the next error messages for lines 64, 38 and 56 are repeated several times ***/

main.cpp:56:22: note: in instantiation of function template specialization 'ElseCase::operator()<bool>' requested here
                return b ? ic(x) : ec(x);
                                   ^
main.cpp:38:9: note: in instantiation of function template specialization 'if_then_else_return<bool, IfCase, ElseCase>' requested here
        return if_then_else_return(t, IfCase{}, ElseCase{}, t);
               ^
main.cpp:64:21: note: in instantiation of function template specialization 'recursive<bool>' requested here
        constexpr auto r = recursive(true);
                           ^
1 error generated.

但是为什么呢？如何重写这段代码，让 Clang 不再抱怨？

非常感谢您。

编辑 1：

我缩短了编译器消息，希望能提高它的可读性。如需完整回溯，请查看上面提供的那些 Coliru 链接。
删除 constexpr 说明符将解决此 Clang 错误。但这也会降低功能，因此不是一种选择。

Answer 1

一种解决方法是通过向参与递归的构造的模板参数添加计数器、在递归调用时更新计数器并使用部分特化来终止递归来自己限制递归。

我对您的程序进行了这些更改：

将 IfCase 和 ElseCase（IfCase 仅用于对称）更改为模板 classes 而不是常规 classes模板成员函数。这允许部分专业化。
向 ElseCase 和 recursive() 添加了整数计数器模板参数。
在 ElseCase 中调用 recursive() 时增加了计数器。
在不进行递归调用的任意递归深度创建了 ElseCase 的偏特化。应调整最大深度以避免 clang++ 限制。

代码如下：

#include <cassert>

/****************** DECLARATIONS ******************/
template<typename T, int N = 0>
constexpr T
recursive(T t);

template<typename T>
struct IfCase;

template<typename T, int N>
struct ElseCase;

#if defined(WORKS)
    static constexpr bool
    if_then_else_return(bool b, IfCase<bool> const& ic, ElseCase<bool> const& ec, bool x);
#else
    template<typename T, typename IfFunctor, typename ElseFunctor>
    static constexpr T
    if_then_else_return(T b, IfFunctor const& ic, ElseFunctor const& ec, T x);
#endif

/****************** DEFINITIONS ******************/
template<typename T>
struct IfCase {
    constexpr T
    operator()(T t) const {
       return t;
    }
};

template<typename T, int N>
constexpr T
recursive(T t) {
   return if_then_else_return(t, IfCase<T>{}, ElseCase<T, N>{}, t);
}

template<typename T, int N>
struct ElseCase {
    constexpr T
    operator()(T t) const {
       return recursive<T, N + 1>(t);
    }
};

static constexpr int MaxRecursionDepth = 10;

template<typename T>
struct ElseCase<T, MaxRecursionDepth> {
    constexpr T
    operator()(T t) const {
       assert(false); // OK in C++14!
       return t;
    }
};

#if defined(WORKS)
    constexpr bool
    if_then_else_return(bool b, IfCase<bool> const& ic, ElseCase<bool> const& ec, bool x) {
        return b ? ic(x) : ec(x);
    }
#else
    template<typename T, typename IfFunctor, typename ElseFunctor>
    constexpr T
    if_then_else_return(T b, IfFunctor const& ic, ElseFunctor const& ec, T x) {
        return b ? ic(x) : ec(x);
    }
#endif


/****************** CALL ******************/

int main() {
    constexpr auto r = recursive(true);
}

有效 at CoLiRu。

我最初担心如何检测实际的递归深度错误，因为我最初的部分特化 class 会默默地 return 错误答案。由于您使用的是 -std=c++14、，这对我来说是个新闻。我已经更新了代码以利用它。

Answer 2

通过对运行时和编译时递归使用不同的代码路径，我能够解决无限递归问题：

#include <boost/hana/integral_constant.hpp>
#include <boost/hana/unpack.hpp>
#include <boost/hana/equal.hpp>
#include <type_traits>
#include <tuple>
#include <cassert>

namespace hana = boost::hana;

namespace detail {
    /* std::forward_as_tuple(views...) is not constexpr */
    template<typename... Xs>
    static constexpr auto
    forward_as_tuple(Xs&&... xs) {
        return std::tuple<Xs...>{ 
            std::forward<Xs>(xs)... 
        };
    }
/* namespace detail */ }

template<typename Condition, typename LastStep, typename RecursionStep>
struct functor_t {
    constexpr
    functor_t(Condition const c, LastStep ls, RecursionStep rs) : c{c}, ls{ls}, rs{rs} {};

    template <typename Args>
    constexpr decltype(auto)
    eval(std::true_type, Args const& args) const {
        return hana::unpack(args, ls);
    }

    template <typename Args>
    constexpr decltype(auto)
    eval(std::false_type, Args const& args) const {
        auto vt = hana::unpack(args, rs);

        return eval( hana::unpack(vt, c), vt);
    }

    template <typename Args>
    constexpr decltype(auto)
    eval(hana::true_, Args const& args) const {
        return hana::unpack(args, ls);
    }

    template <typename Args>
    constexpr decltype(auto)
    eval(hana::false_, Args const& args) const {
        auto vt = hana::unpack(args, rs);

        return eval( hana::unpack(vt, c), vt);
    }

    template <typename Args>
    decltype(auto)
    eval(bool const& b, Args const& args) const {
        if (b) {
            return hana::unpack(args, ls);
        }

        auto vt = hana::unpack(args, rs);

        return eval(hana::unpack(vt, c), vt);
    }

    template <typename... Args>
    constexpr decltype(auto)
    operator()(Args&& ...args) const {
        return eval( c(std::forward<Args>(args)...), detail::forward_as_tuple(args...) );
    }

    Condition const c;
    LastStep ls;
    RecursionStep rs;
};

struct recurse_t {

    template <typename Condition, typename LastStep, typename RecursionStep>
    constexpr decltype(auto)
    operator()(Condition && c, LastStep && ls, RecursionStep && rs) const {
        return functor_t<Condition, LastStep, RecursionStep>{c, ls, rs};
    }

};

constexpr recurse_t recurse{};

/****************** TEST ******************/

#include <boost/hana/plus.hpp>
#include <boost/hana/minus.hpp>
#include <boost/hana/equal.hpp>
#include <boost/hana/ext/std/tuple.hpp>
#include <tuple>

struct Condition {
    template<typename I, typename S, typename J>
    constexpr decltype(auto)
    operator()(I const& i, S const& s, J const& j) const{ 
        return (j == hana::int_c<1>);
    }
};

struct LastStep {
    template<typename I, typename S, typename J>
    constexpr decltype(auto)
    operator()(I const& i, S const& s, J const& j) const { 
        return hana::plus(s, i);
    }
};

struct RecursionStep {
    template<typename I, typename S, typename J>
    constexpr decltype(auto)
    operator()(I const& i, S const& s, J const& j) const { 
        return std::make_tuple(i, hana::plus(s,i), j-hana::int_c<1>);
    }
};

int main() {
    /* compute: 2*10 == 20 */
    assert(recurse(Condition{}, LastStep{}, RecursionStep{})(2,0,10) == 20);
    static_assert(recurse(Condition{}, LastStep{}, RecursionStep{})(hana::int_c<2>, hana::int_c<0>, hana::int_c<10>) == hana::int_c<20>, "");

    assert(
        recurse(
            [](auto a, auto b, auto c) { return (a == 1); },
            [](auto a, auto b, auto c) { return a+b; }, 
            [](auto a, auto b, auto c) { return std::make_tuple(a, a+b, c-1); }
        )(2,0,10) == 20
    );
}

在 GCC 工作正常的情况下使用 Clang 时无限递归模板实例化？

Infinite recursive template instantiation when using Clang while GCC works fine?

c++

templates

gcc

clang

ternary-operator