为什么递归 constexpr 模板值不编译？

Question

我正在使用 C++17 中的递归模板定义一种方法来了解类型在类型列表中的位置。我尝试了两种方法：一种使用 constexpr 值，一种使用 constexpr 函数。第二个，使用 if 语句，编译，而第一个，使用三元运算符，不编译。

#include <type_traits>
#include <iostream>

template<typename Searching, typename First, typename...Others>
constexpr std::size_t index_of = std::is_same_v<Searching,First> ? 0 : 1 + index_of<Searching,Others...>;

template<typename Searching, typename First, typename...Others>
constexpr std::size_t IndexOf() {
    if constexpr(std::is_same_v<Searching,First>)
        return 0;
    else return 1 + IndexOf<Searching,Others...>();
};

int main() {
    std::cout << index_of<int, int> << std::endl; //does not compile
    std::cout << IndexOf<int, int>() << std::endl; //compile
    //both should return 0
    return 0;
}

我的编译器 migw64 说：

wrong number of template arguments (1, should be at least 2)
constexpr std::size_t index_of = std::is_same_v<Searching,First> ? 0 : 1 + index_of<Searching,Others...>;

据我了解，三元运算符需要计算它的两个操作数，因此不能用于此类递归。

我说得对吗？如果是，为什么会这样？
谢谢。

Answer 1

我将从问题的末尾开始，然后继续。

From what I understand, the ternary operator needs to evaluate its two operands

没有。三元（意思是 "made of three"）运算符有三个操作数，而不是两个。评估此运算符时，将评估三个操作数中的两个：条件和条件选择的操作数。

评价不是你的问题所在

the first, using ternary operator, does not compile.

我想我明白这是为什么了。您正在将条件运算符的结果分配给 std::size_t。为了编译，此结果的类型必须是 std::size_t 或可转换为该类型。所以编译器需要判断结果的类型。我找到了rules for determining the type。如果第二个或第三个操作数的类型为 void，则适用第一条规则。因此，即使不会计算其中一个操作数，它们的类型也必须是已知的。

好的，那么你的第三个操作数的类型是什么，它不会被评估？好吧，它是 1 + index_of<int>，所以我们最好检查一下 index_of<int> 的声明。糟糕，我们需要两个参数。提示错误消息。

这可能是您无论如何都必须处理的事情，因为在 "not found" 情况下（例如：index_of<unsigned, int, long, float>），您应该使用任何一种方法得到相同的错误。您可能已经注意到，默认错误消息并不能很好地描述出错的地方，因此您的模板专门解决这种情况可能是个好主意，即使解决这种情况只是意味着提供更易于理解的编译器错误。

Answer 2

From what I understand, the ternary operator needs to evaluate its two operands, so it can not be used in this type of recursion.

不是求值，是实例化。实例化表达式std::is_same_v<Searching, First> ? 0 : 1 + index_of<Searching, Others...>时，必须实例化所有三个操作数（而不是计算），因此会因实例化index_of<Searching, Others...>而出错。它类似于 if 和 if constexpr 之间的区别。如果您将第二种方式中的 if constexpr 更改为 if，它也不会编译。

解决方法是使用第二种方式（即函数模板）初始化 index_of，如

template<typename Searching, typename First, typename... Others>
constexpr std::size_t IndexOf() {
    if constexpr(std::is_same_v<Searching,First>)
        return 0;
    else return 1 + IndexOf<Searching,Others...>();
};

template<typename Searching, typename First, typename...Others>
constexpr std::size_t index_of = IndexOf<Searching, First, Others...>();

或使用模板专业化：

template<typename Searching, typename First, typename... Others>
constexpr std::size_t index_of = 1 + index_of<Searching, Others...>;

template<typename Searching, typename... Others>
constexpr std::size_t index_of<Searching, Searching, Others...> = 0;

如果你想要更清晰的错误信息，你可以将变量模板包裹在class中并使用static_assert.

为什么递归 constexpr 模板值不编译？

Why recursive constexpr template value does not compile?

c++

templates

constexpr

c++17

if-constexpr