在编译时评估向量的构建器模式（使用 `consteval`）

Question

我正在尝试创建一个遵循构建器模式并在编译时完全运行的 class（使用 C++20 中的新 consteval 关键字），但无论如何我试了不行。例如，这将不起作用：

#include <vector>

class MyClass
{
private:
    std::vector<int> data;

public:
    consteval MyClass& setData()
    {
        this->data = {20};
        return *this;
    }

    consteval std::vector<int> build()
    {
        return data;
    }
};


int main()
{
    std::vector<int> data = MyClass().setData().build();
}

给出错误“<anonymous> 不是常量表达式”。这让我相信我应该改为 return 份 class 的副本：

#include <vector>

class MyClass
{
private:
    std::vector<int> data;

public:
    consteval MyClass setData()
    {
        // https://herbsutter.com/2013/04/05/complex-initialization-for-a-const-variable/
        return [&]{
            MyClass newClass;
            newClass.data = {20};
            return newClass;
        }();
    }

    consteval std::vector<int> build()
    {
        return data;
    }
};


int main()
{
    std::vector<int> data = MyClass().setData().build();
}

然而，我得到了同样的错误。我应该如何在 C++ 中使用恒定时间构建器模式？这似乎只发生在 vectors 上，我使用的是支持 C++20 constexpr vectors 的版本。

Answer 1

您的代码无法编译，因为当前的 C++ 只允许在常量表达式中进行“瞬态”分配。这意味着在常量表达式计算期间，允许动态分配内存 (C++20 起)，但前提是任何此类分配在常量表达式“结束”时被释放。

在您的代码中，表达式 MyClass().setData() 必须是常量表达式，因为它是一个 立即调用 （这意味着调用 consteval 函数，除了出现在另一个 consteval 函数内或 if consteval 块内的）。表达式 MyClass().setData().build() 也必须是常量表达式。这意味着，在评估 MyClass().setData().build() 时，允许动态分配，但在 MyClass().setData() 末尾和 MyClass().setData().build() 末尾都不能有“幸存”分配。

由于无法阻止 MyClass().setData() 的结果进行实时分配，因此您只能在封闭的 consteval 函数或 if consteval 块中调用它。例如，以下将是有效的：

consteval int foo() {
    return MyClass().setData().build()[0];
}

请注意，临时 MyClass 对象（以及 std::vector<int> 子对象）将被销毁，因此所有动态分配都将被清除，就在 foo() [=39 之前=].

您想在最外层的 consteval 函数完成后保留向量吗？抱歉，您不能那样做——至少在当前版本的 C++ 中不能。您需要将其内容复制到 std::array 或其他不使用动态分配的对象中。

Answer 2

<source>: In function 'int main()':
<source>:24:46: error: '<anonymous>' is not a constant expression
   24 |     std::vector<int> data = MyClass().setData().build();
      |                             ~~~~~~~~~~~~~~~~~^~

注意编译器如何取消行 MyClass().setData()。

setData() returns 对 *this 的引用，其类型为 MyClass 而不是 const。您实际上只是在 setData() 中修改了它。对 non-const 的引用不能是常量表达式。

您可以通过按值返回来更改它：consteval MyClass setData()

但是你运行遇到了一个问题，即在 constexpr 中，所有对 new 的调用必须与对 delete 和 elided 的调用保持平衡。但是 std::vector 调用 new 并且您永远不会破坏向量。所以你得到：

/opt/compiler-explorer/gcc-12.1.0/include/c++/12.1.0/bits/allocator.h:182:50: error: 'MyClass::setData()()' is not a constant expression because it refers to a result of 'operator new'

如果你使用std::array，你可以做到consteval。或者其他一些不使用堆的容器。

在编译时评估向量的构建器模式（使用 `consteval`）

Builder patterns with vectors evaluated at compile time (with `consteval`)

c++

design-patterns

builder

c++20