检查 C++ 模板值零失败

Question

我正在探索常量表达式与 C++ 中的模板的结合，但我运行遇到了一个我无法理解的问题。

我想检查模板参数（在我的例子中是一个 unsigned int）的值是否为零，但编译器从不认为该值为零，即使我有一个 static_assert 来确认它实际上已经低于零。

我正在实现一个简单的（或者至少我是这么认为的）模板函数，它应该只是总结范围内的所有整数值，例如5 归零。

本应递归调用模板函数直到为零，然后应该停止，但编译器永远不会认为模板参数值为零。

这是我有问题的功能：

    template <unsigned int Value>
    constexpr unsigned int sumAllValues()
    {
        static_assert (Value >= 0, "Value is less than zero!");
        return Value == 0 ? 0 : Value + sumAllValues<Value - 1>();
    }

它是这样调用的：

    constexpr unsigned int sumVals = sumAllValues<5>();

出于某种原因，编译器从不认为 Value == 0，因此它会继续运行，直到在 static_assert 处停止。如果我删除断言，编译器将继续，直到它达到最大实例化深度：

error: template instantiation depth exceeds maximum of 900 (use -ftemplate-depth= to increase the maximum) return Value == 0 ? 0 : Value + sumAllValues();

我在上面的函数中做错了什么？我可以不检查模板参数本身的值吗？

我的灵感来自于我在维基百科上找到的一个例子：

    template<int B, int N>
    struct Pow
    {
        // recursive call and recombination.
        enum{ value = B*Pow<B, N-1>::value };
    };

    template< int B >
    struct Pow<B, 0>
    {
        // ''N == 0'' condition of termination.
        enum{ value = 1 };
    };

    int quartic_of_three = Pow<3, 4>::value;

参见参考文献：C++11

实际上我确实有一个工作示例，它的构造方式与上述 Pow 示例代码的方式更多：

    template <unsigned int Value>
    constexpr unsigned int sumAllValues()
    {
        static_assert (Value > 0, "Value too small!");
        return Value + sumAllValues<Value - 1>();
    }

    template <>
    constexpr unsigned int sumAllValues<0>()
    {
        return 0;
    }

它的调用方式与我的问题函数相同：

    constexpr unsigned int sumVals = sumAllValues<5>();

它还执行模板函数的递归调用，直到它达到零。零案例专门用于中断递归。此代码有效，如果我输入 5 作为模板参数，则生成值 15。

但我想我可以用我遇到问题的函数来简化它。

我正在 Qt 5.12.2 中开发 Linux (Ubuntu 18.04)。

更新：
StoryTeller 提出了一个可行的解决方案，即使用 C++17 功能 "if constexpr" 来停止递归：

    template <unsigned int Value>
    constexpr unsigned int sumAllValues()
    {
        if constexpr (Value > 0)
            return Value + sumAllValues<Value - 1>()

        return 0;
    }

Answer 1

实例化函数模板的body意味着实例化它使用的一切。 sumAllValues<0> 的 body 长什么样子？是这样的：

template <>
constexpr unsigned int sumAllValues<0>()
{
    static_assert (0 >= 0, "Value is less than zero!");
    return Value == 0 ? 0 : 0 + sumAllValues<0 - 1>();
}

看到对 sumAllValues<-1> 的调用了吗？虽然它不会被评估，但它仍然出现在那里，因此必须被实例化。但是 Value 是无符号的，所以你可以环绕。 (unsigned)-1 是一个非常大的无符号数，不小于零。所以递归继续，如果不是因为实现有其限制，它可能会无限期地继续。

具有特化的版本没有 sumAllValues<0> 的相同功能 body，因此它从不尝试实例化 sumAllValues<-1>。递归真的在 0 处停止了。

在 C++17 之前，专业化可能是获得所需功能的最短途径。但是加上if constexpr，我们可以将代码简化为一个函数：

template <unsigned int Value>
constexpr unsigned int sumAllValues()
{
    if constexpr (Value > 0)
      return Value + sumAllValues<Value - 1>()

    return 0;
}

如果不满足条件，

if constexpr 将完全丢弃其分支中的代码。因此对于 0 参数，函数的 body 中根本不会出现递归调用，因此不需要进一步实例化任何内容。

Answer 2

除了StoryTeller's ：

有关 if constexpr 工作原理的有趣细节（为了说明而反转条件）：

if constexpr(Value == 0)
    return 0;

return Value + sumAllValues<Value - 1>();

虽然if后面的代码不会被执行，但它仍然存在，必须编译，而你又陷入了与之前相同的错误。对比于：

if constexpr(Value == 0)
    return 0;
else
    return Value + sumAllValues<Value - 1>();

现在，由于驻留在 constexpr if 的 else 分支中，如果条件匹配，它将再次被完全丢弃，我们又没问题了...

检查 C++ 模板值零失败

Check for C++ template value zero fails

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