Question

以下c ++代码的目的是将三元运算符（?:）包装在一个单独的函数中，稍后将帮助构建语法树。

在查看真正的c ++代码段之前，让我们快速了解它在伪代码中的作用：

bool recursive(bool v) {
    return v ? v : recursive(v);
}
int main() {
    bool r = recursive(true)
}

不幸的是，当三元运算符（?:）包含在模板函数中时，Clang终止递归有问题：

/****************** DECLARATIONS ******************/
template<typename T>
constexpr T
recursive(T t);

struct IfCase {
    template<typename T>
    constexpr T
    operator()(T t) const;
};

struct ElseCase {
    template<typename T>
    constexpr T
    operator()(T t) const;
};

#if defined(WORKS)
    static constexpr bool
    if_then_else_return(bool b, IfCase const& ic, ElseCase const& ec, bool x);
#else
    template<typename T, typename IfFunctor, typename ElseFunctor>
    static constexpr T
    if_then_else_return(T b, IfFunctor const& ic, ElseFunctor const& ec, T x);
#endif

/****************** DEFINITIONS ******************/
template<typename T>
constexpr T
IfCase::operator()(T t) const {
    return t; 
}

template<typename T>
constexpr T
recursive(T t) {
    return if_then_else_return(t, IfCase{}, ElseCase{}, t);
}

template<typename T>
constexpr T
ElseCase::operator()(T t) const {
    return recursive(t); 
}

#if defined(WORKS)
    constexpr bool
    if_then_else_return(bool b, IfCase const& ic, ElseCase const& ec, bool x) {
        return b ? ic(x) : ec(x);
    }
#else
    template<typename T, typename IfFunctor, typename ElseFunctor>
    constexpr T
    if_then_else_return(T b, IfFunctor const& ic, ElseFunctor const& ec, T x) {
        return b ? ic(x) : ec(x);
    }
#endif


/****************** CALL ******************/

int main() {
    constexpr auto r = recursive(true);
}

构建结果：

g ++ with reg。功能（-DWORKS）：确定
g ++与tmpl。功能：确定
clang ++ with reg。功能（-DWORKS）：确定（Find code & results also at Coliru）
clang ++ with tmpl。功能：失败（Find code & results also at Coliru）

GCC（4.9.2）编译两个变种没有错误，但Clang（3.5到3.8）失败并显示以下错误消息：

main.cpp:56:14: fatal error: recursive template instantiation exceeded maximum depth of 256
                return b ? ic(x) : ec(x);
                           ^
/*** the next error messages for lines 64, 38 and 56 are repeated several times ***/

main.cpp:56:22: note: in instantiation of function template specialization 'ElseCase::operator()<bool>' requested here
                return b ? ic(x) : ec(x);
                                   ^
main.cpp:38:9: note: in instantiation of function template specialization 'if_then_else_return<bool, IfCase, ElseCase>' requested here
        return if_then_else_return(t, IfCase{}, ElseCase{}, t);
               ^
main.cpp:64:21: note: in instantiation of function template specialization 'recursive<bool>' requested here
        constexpr auto r = recursive(true);
                           ^
1 error generated.

但为什么呢？如何重写这段代码，以便Clang不再抱怨？

非常感谢你。

编辑1 ：

我已经缩短了编译器消息，希望增加它的可读性。如需完整的回溯，请查看上面提供的Coliru链接。
删除constexpr说明符将解决此Clang错误。但这也会降低功能，因此不是一种选择。

Answer 1

一种解决方法是通过向参与递归的构造的模板参数添加计数器，在递归调用上更新计数器，以及使用部分特化来终止递归来限制递归。

我对您的计划进行了以下更改：

将IfCase和ElseCase（IfCase仅用于对称）更改为模板类，而不是使用模板成员函数的常规类。这允许部分专业化。
为ElseCase和recursive()添加了整数计数器模板参数。
在recursive()中致电ElseCase时增加了计数器。
在任意递归深度处创建ElseCase的部分特化，但不进行递归调用。应调整最大深度以避免clang ++限制。

以下是代码：

#include <cassert>

/****************** DECLARATIONS ******************/
template<typename T, int N = 0>
constexpr T
recursive(T t);

template<typename T>
struct IfCase;

template<typename T, int N>
struct ElseCase;

#if defined(WORKS)
    static constexpr bool
    if_then_else_return(bool b, IfCase<bool> const& ic, ElseCase<bool> const& ec, bool x);
#else
    template<typename T, typename IfFunctor, typename ElseFunctor>
    static constexpr T
    if_then_else_return(T b, IfFunctor const& ic, ElseFunctor const& ec, T x);
#endif

/****************** DEFINITIONS ******************/
template<typename T>
struct IfCase {
    constexpr T
    operator()(T t) const {
       return t;
    }
};

template<typename T, int N>
constexpr T
recursive(T t) {
   return if_then_else_return(t, IfCase<T>{}, ElseCase<T, N>{}, t);
}

template<typename T, int N>
struct ElseCase {
    constexpr T
    operator()(T t) const {
       return recursive<T, N + 1>(t);
    }
};

static constexpr int MaxRecursionDepth = 10;

template<typename T>
struct ElseCase<T, MaxRecursionDepth> {
    constexpr T
    operator()(T t) const {
       assert(false); // OK in C++14!
       return t;
    }
};

#if defined(WORKS)
    constexpr bool
    if_then_else_return(bool b, IfCase<bool> const& ic, ElseCase<bool> const& ec, bool x) {
        return b ? ic(x) : ec(x);
    }
#else
    template<typename T, typename IfFunctor, typename ElseFunctor>
    constexpr T
    if_then_else_return(T b, IfFunctor const& ic, ElseFunctor const& ec, T x) {
        return b ? ic(x) : ec(x);
    }
#endif


/****************** CALL ******************/

int main() {
    constexpr auto r = recursive(true);
}

它有效at CoLiRu。

我最初担心如何检测实际的递归深度错误，因为我原来的部分专用类会默默地返回错误的答案。由于您使用的是-std=c++14，assertions in constexpr functions are valid，这对我来说是新闻。我已经更新了代码以利用它。

Answer 2

通过为运行时和编译时递归使用不同的代码路径，我能够解决无限递归：

#include <boost/hana/integral_constant.hpp>
#include <boost/hana/unpack.hpp>
#include <boost/hana/equal.hpp>
#include <type_traits>
#include <tuple>
#include <cassert>

namespace hana = boost::hana;

namespace detail {
    /* std::forward_as_tuple(views...) is not constexpr */
    template<typename... Xs>
    static constexpr auto
    forward_as_tuple(Xs&&... xs) {
        return std::tuple<Xs...>{ 
            std::forward<Xs>(xs)... 
        };
    }
/* namespace detail */ }

template<typename Condition, typename LastStep, typename RecursionStep>
struct functor_t {
    constexpr
    functor_t(Condition const c, LastStep ls, RecursionStep rs) : c{c}, ls{ls}, rs{rs} {};

    template <typename Args>
    constexpr decltype(auto)
    eval(std::true_type, Args const& args) const {
        return hana::unpack(args, ls);
    }

    template <typename Args>
    constexpr decltype(auto)
    eval(std::false_type, Args const& args) const {
        auto vt = hana::unpack(args, rs);

        return eval( hana::unpack(vt, c), vt);
    }

    template <typename Args>
    constexpr decltype(auto)
    eval(hana::true_, Args const& args) const {
        return hana::unpack(args, ls);
    }

    template <typename Args>
    constexpr decltype(auto)
    eval(hana::false_, Args const& args) const {
        auto vt = hana::unpack(args, rs);

        return eval( hana::unpack(vt, c), vt);
    }

    template <typename Args>
    decltype(auto)
    eval(bool const& b, Args const& args) const {
        if (b) {
            return hana::unpack(args, ls);
        }

        auto vt = hana::unpack(args, rs);

        return eval(hana::unpack(vt, c), vt);
    }

    template <typename... Args>
    constexpr decltype(auto)
    operator()(Args&& ...args) const {
        return eval( c(std::forward<Args>(args)...), detail::forward_as_tuple(args...) );
    }

    Condition const c;
    LastStep ls;
    RecursionStep rs;
};

struct recurse_t {

    template <typename Condition, typename LastStep, typename RecursionStep>
    constexpr decltype(auto)
    operator()(Condition && c, LastStep && ls, RecursionStep && rs) const {
        return functor_t<Condition, LastStep, RecursionStep>{c, ls, rs};
    }

};

constexpr recurse_t recurse{};

/****************** TEST ******************/

#include <boost/hana/plus.hpp>
#include <boost/hana/minus.hpp>
#include <boost/hana/equal.hpp>
#include <boost/hana/ext/std/tuple.hpp>
#include <tuple>

struct Condition {
    template<typename I, typename S, typename J>
    constexpr decltype(auto)
    operator()(I const& i, S const& s, J const& j) const{ 
        return (j == hana::int_c<1>);
    }
};

struct LastStep {
    template<typename I, typename S, typename J>
    constexpr decltype(auto)
    operator()(I const& i, S const& s, J const& j) const { 
        return hana::plus(s, i);
    }
};

struct RecursionStep {
    template<typename I, typename S, typename J>
    constexpr decltype(auto)
    operator()(I const& i, S const& s, J const& j) const { 
        return std::make_tuple(i, hana::plus(s,i), j-hana::int_c<1>);
    }
};

int main() {
    /* compute: 2*10 == 20 */
    assert(recurse(Condition{}, LastStep{}, RecursionStep{})(2,0,10) == 20);
    static_assert(recurse(Condition{}, LastStep{}, RecursionStep{})(hana::int_c<2>, hana::int_c<0>, hana::int_c<10>) == hana::int_c<20>, "");

    assert(
        recurse(
            [](auto a, auto b, auto c) { return (a == 1); },
            [](auto a, auto b, auto c) { return a+b; }, 
            [](auto a, auto b, auto c) { return std::make_tuple(a, a+b, c-1); }
        )(2,0,10) == 20
    );
}

使用Clang时GCC工作正常的无限递归模板实例化？

2 个答案: