Question

我正在使用C ++ 14中的constexpr函数进行实验。以下代码计算了阶乘按预期工作：

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");
}

用clang编译如下：

> 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");

如果我明确说明返回类型T（而不是使用auto来推断返回类型），问题就解决了。

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

如果删除模板参数，则会重复该模式（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);
}

虽然失败

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.

这里发生了什么？

Answer 1

评估三元表达式的结果类型是common type of its second and third arguments。

通过让编译器推导出返回类型，可以强制它评估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，为了找出fact(0)的返回类型，编译器必须继续评估对{{1}的进一步递归调用。随之而来的是无休止的递归。

通过声明返回类型，fact时不需要评估fact(0)，并且递归能够终止。

对于两个a==1语句的情况，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，则将为每个返回语句推导出返回类型。如果推断的类型在每次扣除中不相同，则该程序格式不正确。

在您的示例中，在对return的调用中，从第一个fact<int>(1)语句推导出的返回类型为return，因此第二个int的返回类型为fact<int>(0)除了return之外，int语句不能是任何内容。这意味着编译器不需要计算fact<int>(0)的主体，并且递归可以终止。

实际上，如果您强制在第二个fact语句中对return的调用进行评估，例如通过更改第一个示例，以便T是非类型模板论证

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

clang确实失败并显示错误

致命错误：递归模板实例化超过最大深度256

Live demo

C ++ 14：使用三元表达式从constexpr中推导出（自动）返回类型

1 个答案: