基于非模板参数实例化模板适用于 GCC 但不适用于 CLANG

Question

语言律师的一个问题：我的代码是否格式错误并且恰好在 GCC 上工作，或者相反，CLANG 是否与标准不兼容？

使用成员或非类型参数实例化模板时 CLANG 抱怨：

error: non-type template argument refers to subobject

我试图让编译器使用带有 static 数组成员的模板结构生成一些 memory。 编译器应该为每个实例化结构静态分配数组 memory。

我想用 constexpr 数组“配置”那些 memory 池。 然后在编译期间将池生成到另一个数组中。

以下代码适用于 GCC（我使用的是 11.3，主干版本也适用）。 但它不适用于 CLANG。

如果那是 CLANG 问题，是否有解决方法？

神箭

struct NamedPoolConfig {
    const std::string_view name;
    const unsigned int pool_size;
};

inline constexpr std::array pool_config = std::to_array<const NamedPoolConfig>({
        {  .name = "A", .pool_size = 512,  },
        {  .name = "B", .pool_size = 1024, },
        {  .name = "C", .pool_size = 256,  },
});

template<std::string_view const& PoolName, std::size_t SIZE>
struct StaticPool {
    inline static std::array<std::uint8_t, SIZE> static_arr;
    static constexpr std::span<std::uint8_t> pool = std::span(static_arr.data(), static_arr.size());
};

struct NamedPool {
    std::string_view name;
    std::span<std::uint8_t> pool;
};

template<const decltype(pool_config)& arr>
consteval auto make_pools() {
    return []<std::size_t... Is>(std::index_sequence<Is...>) {
        return std::array{NamedPool{
                .name = std::string_view(arr[Is].name),
                .pool = StaticPool<arr[Is].name, arr[Is].pool_size>::pool,
        }...};
    }(std::make_index_sequence<arr.size()>{});
}

inline auto pool_array = make_pools<pool_config>();

我有点倾向于这样一个事实，即我的代码是 hacky，因为编译器实例化那些 static 池不是基于我给出的名称，而是基于变量名称。 这可能会破坏任何具有多个池 arrays 的未来代码，但这是一个单独的问题。

    StaticPool<((pool_config._M_elems)[0l]).name, 512ul>::static_arr:
           .zero   512

Answer 1

在 C++17 中，根据[temp.arg.nontype]/2 ，非类型模板参数的模板 arguments 是任何类型的子对象都是非法的：

非类型模板参数的模板参数应该是模板参数类型的转换常量表达式。 对于引用或指针类型的非类型模板参数，常量表达式的值不应引用（或对于指针类型，不应是地址）：

• (2.1) 一个子对象，
• [...]

CWG 2043指出限制过度，但从未超出起草范围。

从 C++20 开始，限制已经放宽；[temp.arg.nontype]/3

对于引用或指针类型的非类型模板参数，或 class 类型的非类型模板参数或其子对象中的每个引用或指针类型的非静态数据成员，引用或指针值不应引用到或成为（分别）的地址：

• (3.1) 临时 object ([class.temporary]),
• (3.2) 字符串文字 object ([lex.string]),
• (3.3) typeid 表达式([expr.typeid])的结果，
• (3.4) 预定义的__func__变量（[dcl.fct.def.general]），或
• (3.5) 上述之一的子对象 ([intro.object])。

在 OP 的示例中， arr[Is].name是NamedPoolConfig object 的子对象，又是此类对象数组的子对象，但这些都不符合上面的 (3.1) 到 (3.4)，这意味着 C++20 的 [temp .arg.nontype]/3 不适用，示例格式正确。

我们可能会注意到P0732R2 （ Class 非类型模板参数中的类型）不像当前的措辞那么宽松：

为了与我们的概念 model 保持一致，[temp.arg.nontype]p2 中对引用和指针类型的非类型模板 arguments 的限制应适用于用作非类型模板 arguments 的对象的所有引用和指针类型子对象 class .

即使在非类型模板 arguments 中引入了 class 类型后，也保留了更广泛的子对象限制。随后的论文P1907R1 （与非类型模板参数不一致），然而，将措辞放宽到其当前的 state。

因此，这要么是一个 clang 错误，要么更可能是一个尚未实现的功能，因为Clang 的 C++20 实现状态将 P1907R1 的实现仅列为Partial 。 我们可能最终注意到 GCC，另一方面，列出了从 GCC 11 开始对该功能的完全支持，这与 OP 的实验一致：

P1907R1

• 10（无浮点、联合或子对象模板参数）
• 11（完成）

Answer 2

对于任何对解决方法感兴趣的人。 只需将数组和索引传递给麻烦的模板即可。

struct NamedPoolConfig {
    const std::string_view name;
    const unsigned int pool_size;
};

inline constexpr std::array pool_config = std::to_array<const NamedPoolConfig>({
        {  .name = "A", .pool_size = 512,  },
        {  .name = "B", .pool_size = 1024, },
        {  .name = "C", .pool_size = 256,  },
});

template<const decltype(pool_config)& arr, std::size_t Idx>
struct StaticPool {
    static constexpr auto& cfg = arr[Idx];
    inline static std::array<std::uint8_t, cfg.pool_size> static_arr;
    static constexpr std::span<std::uint8_t> pool = std::span(static_arr.data(), static_arr.size());
};

struct NamedPool {
    std::string_view name;
    std::span<std::uint8_t> pool;
};

template<const decltype(pool_config)& arr>
consteval auto make_pools() {
    return []<std::size_t... Is>(std::index_sequence<Is...>) {
        return std::array{NamedPool{
                .name = std::string_view(arr[Is].name),
                .pool = StaticPool<arr, Is>::pool,
        }...};
    }(std::make_index_sequence<arr.size()>{});
}

inline auto pool_array = make_pools<pool_config>();

突出显示所需的更改：

template<const decltype(pool_config)& arr, std::size_t Idx>
struct StaticPool {
    static constexpr auto& cfg = arr[Idx];
    inline static std::array<std::uint8_t, cfg.pool_size> static_arr;

    .pool = StaticPool<arr, Is>::pool,

神箭