通过 CRTP 通过基类引用访问派生类的 constexpr 成员变量

问题描述

我在尝试通过 CRTP 通过基类引用访问派生类的 constexpr 成员变量时遇到错误；

template <typename Der>
struct Base
{
    constexpr std::size_t getsize()
    {
        constexpr const auto &b = static_cast<Der*>(this)->arr;
        return b.size();
        //return static_cast<Der*>(this)->arr.size(); // this works
    }
};

struct Derived : Base<Derived>
{
    static constexpr std::array<int,10> arr = {};
};

int main(){
    Derived d;    
    return d.getsize();
}

错误：

<source>:11:31: error: constexpr variable 'b' must be initialized by a constant expression
        constexpr const auto &b = static_cast<Der*>(this)->arr;
                              ^   ~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~
<source>:24:14: note: in instantiation of member function 'Base<Derived>::getsize' requested here
    return d.getsize();
             ^
<source>:11:53: note: use of 'this' pointer is only allowed within the evaluation of a call to a 'constexpr' member function
        constexpr const auto &b = static_cast<Der*>(this)->arr;
                                                    ^
1 error generated.
Compiler returned: 1

更新事实证明，删除参考文献中的 constexpr 是有效的。我想了解为什么会这样？

        auto &b = static_cast<Der*>(this)->arr;
        return b.size();

解决方法

非正式地，您应该想象有一个规则，即函数内定义的 constexpr 变量需要由总是一个表达式来初始化常量表达式与调用函数的环境无关。特别是，您可以随时执行以下操作：

Base<Derived> b;
b.getSize();

在这种情况下 static_cast<Der*>(this)->arr 不是常量表达式，因为它实际上是 UB。由于这种可能性，您的函数根本无法编译，即使您可能永远不会以这种方式调用它。

您违反的实际规则是 [expr.const]/5.1。常量表达式 E 可能不会对 this 求值，除非它是通过（直接或间接）调用其中发生对 this 求值的某个成员函数。特别是，这意味着如果我们有这样的代码：

// namespace scope
struct S {
    constexpr const S* get_self() {
        const S* result = this;
        return result;
    }
};
constexpr S s;
constexpr const S* sp = s.get_self();

这里，s.get_self() 是一个常量表达式，因为对 this 的访问只发生在 get_self() 函数内部，它是 s.get_self() 求值的一部分。但是我们不能使 result constexpr，因为如果是这样，我们就不再“计数”封闭函数；初始化步骤本身必须符合常量表达式的要求，但事实并非如此，因为对 this 的访问现在是“裸露的”。

对于您的代码，这意味着 getsize() 实际上可能返回一个常量表达式（对于那些不会触发上述 UB 的调用），但 b 不能被 constexpr。>

c++c++14 crtp templates