我什么时候应该在 constexpr 模板函数中使用 if constexpr 而不是常规 if ？

Question

我一直在尝试编写一个元函数来在编译时评估权力。我已经设法通过模板元编程来做到这一点，实现方式如下：

template<int A, int B>
struct pow {
    static constexpr int value = (B % 2 == 0) ?
                                 pow<A, B / 2>::value * pow<A, B / 2>::value :
                                 A * pow<A, B - 1>::value;
};
template<int A>
struct pow<A, 1> {
    static constexpr int value = A;
};

但是，出于某种原因，为什么我尝试使用模板函数，但它无法编译，因为它超过了函数定义的最大递归深度：

template<int a, int b>
constexpr int template_power() {
    return (b == 0) ?
           1 : ((b % 2 == 0) ?
                template_power<a, b / 2>() * template_power<a, b / 2>() :
                a * template_power<a, b - 1>());
}

这告诉我，不知何故，条件语句在编译时没有得到正确的评估，但我看不出这个和以前的实现有什么区别。

另一方面，这个 constexpr 函数编译：

int constexpr power(int a, int b) {
    return (b == 0) ?
           1 : ((b % 2 == 0) ?
                power(a, b / 2) * power(a, b / 2) :
                a * power(a, b - 1));

此外，如果我使用 if constexpr 重构我的模板函数，它会按预期进行编译。

template<int a, int b>
int constexpr template_power() {
    if constexpr(b == 0)
        return 1;
    else
        if constexpr(b % 2 == 0)
            return template_power<a,b/2>() * template_power<a, b/2>();
    else
        return a * template_power<a, b - 1>();
}

我如何理解这一切？

我的猜测是，对于函数模板，条件语句在决定选择什么之前评估所有分支，这导致它生成未说明的函数（例如当 b 为负数时）。如果是这样，为什么条件语句会针对模板结构和 constexpr 函数正确评估，而不是模板函数？

逐字错误消息是这样的：

[path]/main.cpp: In instantiation of 'constexpr int template_power() [with int a = 2; int b = -896]':
[path]/main.cpp:42:45:   recursively required from 'constexpr int template_power() [with int a = 2; int b = -1]'
[path]/main.cpp:41:41:   recursively required from 'constexpr int template_power() [with int a = 2; int b = 2]'
[path]/main.cpp:41:41:   required from 'constexpr int template_power() [with int a = 2; int b = 5]'
[path]/main.cpp:47:43:   required from here
[path]/main.cpp:41:41: fatal error: template instantiation depth exceeds maximum of 900 (use '-ftemplate-depth=' to increase the maximum)
   41 |                 template_power<a, b / 2>() * template_power<a, b / 2>() :

Answer 1

在您的第一个示例中，由于三元运算符是在运行时评估的（就像常规 if 语句一样），它无法停止模板的实例化，并且由于您的模板具有出口没有专门化，所有个分支将被实例化，这使得它无限递归。
在你的第二个例子中，因为没有涉及模板，所以没有模板的实例化，它编译。
在您的第三个示例中，由于 if constexpr 只有在表达式求值为 true 时实例化模板，而其他分支将被丢弃，它也可以正常编译。

我什么时候应该在 constexpr 模板函数中使用 if constexpr 而不是常规 if ？

When should I be using if constexpr as apposed to a regular if in a constexpr template function?

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