尝试从 std::array compile.data() 作为 c++20 中的 constexpr function 时出错

Question

我试图在编译时计算一个数组以加快某些函数的速度，但我遇到了一个错误，我无法在 cppreference 的帮助下解决该错误。

代码归结为：

#include <cstddef>
#include <array>

template<typename T, size_t size>
constexpr auto giveArray()
{
    std::array<T, size> arr;
    for(size_t i = 0; i < size; ++i)
        arr[i] = 0;
    return arr;
}

constexpr auto arr = giveArray<int,10>().data();

在编译时：“$ g++ -std=c++20 code.cpp” on ubuntu 我收到错误 that.data() is not a constexpr function 虽然它确实是。 为什么我会收到此错误以及如何修复它，同时仍在编译时运行此 function 并仅存储一个指针，而不是 std::array object？

Answer 1

只存储一个指针，而不是 std::array object？

你不能。

C++ 的规则不会因为您的代码在编译时执行而暂停（实际上，不暂停这些规则是constexpr代码的一半）。 该数组需要存在才能使指向它的指针有意义。 这意味着当有人使用该指针时，数组 object 需要继续存在。

获取指向被销毁的临时对象的指针将使该指针指向被销毁的 object。这在编译时代码和运行时代码中都是一样的。 使用该指针在编译时和在运行时一样不起作用。 事实上，它的功能较少，因为必须在编译时诊断 UB（这是访问该指针将引发的）并将其转化为编译错误。

Answer 2

你可以试试

constexpr auto a0 = giveArray<int,10>();
constexpr auto arr = a0.data();

我的意思是...

constexpr auto arr = giveArray<int,10>().data();

您尝试使用指向 memory 的指针初始化arr ，该指针之后立即释放。

您可以解决修复从giveArray()收到的std::array

constexpr auto a0 = giveArray<int,10>();

所以arr收到一个指向 memory 的指针，它在初始化后保持稳定

constexpr auto arr = a0.data();

Answer 3

要初始化constexpr变量，您需要一个作为常量表达式的初始化器。 但是giveArray<int,10>().data(); 不是常量表达式。

从这里开始：

常量表达式是指作为常量表达式（定义如下）的允许结果的实体的左值核心常量表达式，或者是其值满足以下约束的纯右值核心常量表达式：

• 如果该值是 class 类型的 object，则引用类型的每个非静态数据成员都引用一个实体，该实体是常量表达式的允许结果，
• 如果该值是指针类型，则它包含具有 static 存储持续时间的 object 的地址，这样的 object ([expr.add]) 末尾的地址，非立即数 function 的地址，或 null 指针价值，
• 如果该值是指向成员函数的指针类型，则它不会指定立即数 function，并且
• 如果该值是 class 的 object 或数组类型，则每个子对象都满足该值的这些约束。 如果一个实体是一个 object 和 static 的存储持续时间，它不是一个临时的 object 或者是一个临时的 882829995402888 其值满足上述约束，或者如果它是一个非立即的 function，则该实体是常量表达式的允许结果。

表达式giveArray<int,10>().data(); 具有 prvalue 的值类别，因此它不是 glvalue 表达式。 这意味着它必须是“其值满足以下约束的纯右值核心常量表达式”才能成为常量表达式。 由于表达式的计算结果为指针类型，因此它必须满足以下条件：

• 如果该值是指针类型，则它包含具有 static 存储持续时间的 object 的地址，这样的 object ([expr.add]) 末尾的地址，非立即数 function 的地址，或 null 指针价值

在这种情况下，它不是那些东西，所以它不是常量表达式。 但是，如果您将代码更改为：

const auto my_array = giveArray<int,10>();
constexpr auto arr = my_array.data();

my_array是一个全局变量，这意味着它有 static 个存储持续时间。 data()返回指向该存储的指针，这使其成为常量表达式。

简而言之，这条规则使你在编译时执行代码时不能有一个指针值无效的指针。