通过 CRTP 的基础 class 引用访问派生 class 的 constexpr 成员变量

Question

我运行在尝试通过 CRTP 的基础 class 引用访问派生 class 的 constexpr 成员变量时出错；

template <typename Der>
struct Base
{
    constexpr std::size_t getsize()
    {
        constexpr const auto &b = static_cast<Der*>(this)->arr;
        return b.size();
        //return static_cast<Der*>(this)->arr.size(); // this works
    }
};

struct Derived : Base<Derived>
{
    static constexpr std::array<int, 10> arr = {};
};

int main(){
    Derived d;    
    return d.getsize();
}

错误：

<source>:11:31: error: constexpr variable 'b' must be initialized by a constant expression
        constexpr const auto &b = static_cast<Der*>(this)->arr;
                              ^   ~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~
<source>:24:14: note: in instantiation of member function 'Base<Derived>::getsize' requested here
    return d.getsize();
             ^
<source>:11:53: note: use of 'this' pointer is only allowed within the evaluation of a call to a 'constexpr' member function
        constexpr const auto &b = static_cast<Der*>(this)->arr;
                                                    ^
1 error generated.
Compiler returned: 1

更新事实证明，删除参考作品中的 constexpr。我想了解为什么会这样？

        auto &b = static_cast<Der*>(this)->arr;
        return b.size();

Answer 1

通俗地说，您应该想象有一条规则，即函数内定义的 constexpr 变量需要由表达式初始化 always 常量表达式，无论调用函数的情况如何。特别是，您总是可以这样做：

Base<Derived> b;
b.getSize();

在这种情况下 static_cast<Der*>(this)->arr 不是常量表达式，因为它实际上是 UB。因为像这样的事情可能性，你的函数根本无法编译，即使你可能永远不会以这种方式调用它。

您违反的实际规则是 [expr.const]/5.1。常量表达式 E 可能不会计算 this，除非它是通过（直接或间接）调用其中发生 this 计算的某个成员函数。特别是，这意味着如果我们有这样的代码：

// namespace scope
struct S {
    constexpr const S* get_self() {
        const S* result = this;
        return result;
    }
};
constexpr S s;
constexpr const S* sp = s.get_self();

这里，s.get_self()是一个常量表达式，因为对this的访问只发生在get_self()函数内部，这是对s.get_self()求值的一部分。但是我们不能使 result constexpr，因为如果是这样，我们就不再需要“计算”封闭函数；初始化步骤本身必须符合常量表达式的条件，但事实并非如此，因为对 this 的访问现在是“裸”的。

对于您的代码，这意味着 getsize() 实际上可以 return 一个常量表达式（对于那些不触发 UB 的调用，如上所述）但是 b 不能 constexpr.

通过 CRTP 的基础 class 引用访问派生 class 的 constexpr 成员变量

access a constexpr member variable of a derived class through a base class reference via CRTP

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