为什么 std::array<T,N>::begin() 自 C++17 以来是一个 constexpr？

Question

从 C++17 开始，std::array<T,N>::begin() 是 constexpr:

constexpr iterator begin() noexcept;

但是begin的return怎么可能在编译时就知道呢？例如：

int main() {
  auto p = std::make_unique<std::array<int,2>>();
  auto it = p->begin();
}

是完全合法的代码（虽然可能有点没用）。底层数组的开始以及迭代器取决于 malloc 的地址。

我觉得我对 constexpr 的作用有误解，因为我不明白 any 非静态成员函数可能是 constexpr，尤其是当它（传递地）访问数据成员时。

Answer 1

constexpr 函数可以在非编译时常量表达式中调用。此类调用在运行时进行评估。只有在编译时常量表达式中调用 constexpr 函数时，才会在编译时计算函数。

But how can the return of begin be known at compile time?

当数组本身是一个编译时常量时，在编译时就可以知道

当数组不是编译时常量时在编译时无法获知这一事实不是问题，因为在这种情况下函数是在运行时执行的。

Answer 2

您不需要唯一指针来查看编译时与运行时评估的效果。这确实编译：

#include <array>

int main() {
  static constexpr std::array<int,2> p{1,2};
  constexpr auto it = p.begin();
}

但这不是：

#include <array>

int main() {
  std::array<int,2> p{1,2};
  constexpr auto it = p.begin();
}

错误：

<source>:5:18: error: constexpr variable 'it' must be initialized by a constant expression

  constexpr auto it = p.begin();    
                 ^    ~~~~~~~~~    
<source>:5:18: note: pointer to subobject of 'p' is not a constant expression    
<source>:4:21: note: declared here    
  std::array<int,2> p{1,2};

马虎地说，begin()的constexpr意味着可以在constexpr对象上在编译时评估该方法。对于非 constexpr 数组，该方法在运行时计算。因此 p.begin() 不能用于初始化 constexpr it.

Answer 3

此更改解决的问题是能够在 constexpr 函数中使用 non-const std::array 来计算某些结果。回想一下，constexpr 函数在编译时计算时不能调用非 constexpr 函数。

作为一个例子，考虑一个计算 i = 1 到 N 之和的函数。为了论证，考虑一个非常愚蠢的方法（现实世界中存在非愚蠢的例子，但比this): 创建一个用 {1, 2, 3, ...} 初始化的数组，然后返回 array.

的元素之和

// Compute sum from i = 1 to N
template <unsigned N>
unsigned
sum() noexcept
{
    std::array<unsigned, N> a{};
    unsigned u = 1;
    for (auto i = a.begin(); i != a.end(); ++i, ++u)
        *i = u;
    u = 0;
    for (auto const x : a)
        u += x;
    return u;
}

这很好用，可以这样调用：

auto x = sum<5>();  // x == 15

现在有人说：嘿，让我们在编译时计算这个！

在 C++17 中，这就像将 constexpr 打到 sum 和 x:

上一样简单

// Compute sum from i = 1 to N
template <unsigned N>
constexpr
unsigned
sum() noexcept
...

constexpr auto x = sum<5>();  // x == 15

但是在 C++14 中这不能编译：

test.cpp:24:20: error: constexpr variable 'x' must be initialized by a constant expression
    constexpr auto x = sum<5>();
                   ^   ~~~~~~~~
test.cpp:11:21: note: non-constexpr function 'begin' cannot be used in a constant expression
    for (auto i = a.begin(); i != a.end(); ++i, ++u)
                    ^

它无法编译的原因是 array<T, N>::begin() 不是 constexpr 函数。

为什么 std::array<T,N>::begin() 自 C++17 以来是一个 constexpr？

Why is std::array<T,N>::begin() a constexpr since C++17?

c++

c++17

constexpr

compile-time