C++14:使用三元表达式从 constexpr 推导(自动）返回类型

C++14: deduced (auto) return types from constexpr with ternary expressions

本文关键字：constexpr 推导 自动 返回类型 表达式 三元 C++14      更新时间：2023-10-16

我正在C++14中试验constexpr函数。以下计算阶乘的代码按预期工作：

template <typename T>
constexpr auto fact(T a) {
    if(a==1)
        return 1;
    return a*fact(a-1);
}
int main(void) {
    static_assert(fact(3)==6,  "fact doesn't work");
}

当它使用 clang 编译如下时：

> clang++ --version
clang version 3.5.0 (tags/RELEASE_350/final)
Target: x86_64-unknown-linux-gnu
Thread model: posix
> clang++ -std=c++14 constexpr.cpp

但是，当我更改fact定义以使用三元?运算符时：

template <typename T>
constexpr auto fact(T a) {
    return a==1 ? 1 : a*fact(a-1);
}

我收到以下编译器错误：

> clang++ -std=c++14 constexpr.cpp
constexpr.cpp:12:31: fatal error: recursive template instantiation exceeded maximum depth of
      256
    return a==T(1) ? T(1) : a*fact(a-1);
        ... snip ...
constexpr.cpp:16:19: note: in instantiation of function template specialization 'fact<int>'
      requested here
    static_assert(fact(3)==6,  "fact doesn't work");

如果我显式声明返回类型 T（而不是使用 auto 来推断返回类型），则问题已修复

template <typename T>
constexpr T fact(T a) {
    return a==1 ? 1 : a*fact(a-1);
}

如果我删除模板参数，则重复模式（三元版本失败，if版本有效）

// this works just fine
constexpr auto fact(int a) {
    if(a==1)
        return 1;
    return a*fact(a-1);
}

而这失败了

constexpr auto fact(int a) {
    return a==1 ? 1 : a*fact(a-1);
}

出现以下错误

> clang++ -std=c++14 constexpr.cpp
constexpr.cpp:16:25: error: function 'fact' with deduced return type cannot be used before it
      is defined
    return a==1 ? 1 : a*fact(a-1);
                        ^
constexpr.cpp:15:16: note: 'fact' declared here
constexpr auto fact(int a) {
               ^
constexpr.cpp:20:26: error: invalid operands to binary expression ('void' and 'int')
    static_assert(fact(3)==6,  "fact doesn't work");
                  ~~~~~~~^ ~
2 errors generated.

这是怎么回事？

计算三元表达式的结果类型是其第二个和第三个参数的通用类型。

通过让编译器推导返回类型，可以强制它计算三元表达式的这两个参数。这意味着即使达到终止条件，递归也不会结束，因为当a==1时，要找出fact(0)的返回类型，编译器必须继续计算对fact的进一步递归调用，并且随之而来的是无休止的递归。

通过声明返回类型，fact(0)在a==1时不需要求值，并且递归能够终止。

至于两份return声明的情况，相关的标准条款是——

（来自 N4296） §7.1.6.4/9[dcl.spec.auto]

如果具有包含占位符类型的声明返回类型的函数具有多个 return 语句，则为每个 return 语句推导返回类型。如果推导的类型在每个推导中都不相同，则程序格式不正确。

在您的示例中，在对 fact<int>(1) 的调用中，从第一个 return 语句推导出的返回类型是 int ，因此第二个 return 语句中 fact<int>(0) 的返回类型也只能是int。这意味着编译器不需要计算fact<int>(0)主体，递归可以终止。

实际上，如果您在第二个return语句中也强制计算对fact调用的调用，例如通过更改第一个示例，使T是非类型模板参数 

template <unsigned T>
constexpr auto fact() {
    if(T==1)
        return 1;
    return T*fact<T-1>();
}

叮当失败并显示错误

致命错误：递归模板实例化超出了最大深度 256

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