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我正在写一个数学库供培训。现在，我正在研究Matrix类。我正在尝试制作一个identityMatrix()函数。这是一个模板函数，可生成并返回一个单位矩阵。现在我的代码是：

template<index_t N, typename Scalar = double>
constexpr inline static const Matrix<N, N, Scalar> identityMatrix() noexcept
{
    constexpr static Matrix<N, N, Scalar> id = []
    {
        Matrix<N, N, Scalar> m(0);
        for (index_t i = 0; i < N; i++)
        {
            m.at(i, i) = static_cast<Scalar>(1.0);
        }
        return m;
    }();
    return id;
}

我正在尝试使它仅在需要时才构建一次矩阵，以后对该函数的任何引用都将返回一个函数局部静态const对象。由于初始化过程很复杂，因此我要使用lambda并立即调用它。 Matrix定义如下：

using index_t = uint32_t;
#define FOR(i, N) for(index_t i = 0; i < N; ++i)
#define FORiN(N) FOR(i, N)
template<index_t ROWS, index_t COLS = ROWS, typename Scalar = double>
struct Matrix 
{
    static constexpr auto BUFFER_SIZE = ROWS * COLS;
    Scalar buffer[BUFFER_SIZE];
    //...
    constexpr Matrix() noexcept = default;

    constexpr Matrix(const Scalar (&init_data)[BUFFER_SIZE]) noexcept
    {
        memcpy_s(buffer, BUFFER_SIZE * sizeof Scalar, &init_data , BUFFER_SIZE * sizeof Scalar);
    }
    constexpr Matrix(const std::initializer_list<std::initializer_list<Scalar>>& init_data) 
    {
        static_assert(init_data.size() == ROWS && init_data.begin()->size() == COLS);
        FOR(row_index, ROWS) 
        {
            Scalar* src_row = &init_data.begin()[row_index];
            Scalar* dst_row = &buffer[row_index * COLS];
            constexpr index_t row_size_bytes = COLS * sizeof Scalar;
            memcpy_s(dst_row, row_size_bytes, src_row, row_size_bytes);
        }
    }
    constexpr Matrix(Scalar homogenuos_value) noexcept
    {
        std::fill_n(buffer, BUFFER_SIZE, homogenuos_value);
    }
    constexpr Matrix(const Matrix& rhs) noexcept 
    {
        FOR(i, BUFFER_SIZE)
            buffer[i] = rhs.buffer[i];
    }
    inline constexpr static index_t indexOf(index_t col, index_t row) { return row * COLS + col; }

    inline constexpr Scalar& at(index_t row, index_t col) { return buffer[indexOf(row, col)]; }
    inline constexpr const Scalar& at(index_t row, index_t col) const { return buffer[indexOf(row, col)]; }
    //... more operators and stuff
};

问题

我要测试矩阵代码的测试代码如下：

    constexpr auto id = identityMatrix<3>();
    constexpr auto manual_id = Matrix<3, 3>({ 1.0, 0.0, 0.0, 0.0, 1.0, 0.0, 0.0, 0.0, 1.0 });
    static_assert(id == manual_id);
    print(id);

Visual Studio给了我这个：还有：

为什么

为什么这不起作用？我已经使一切 constexpr在编译时应该保持不变。编译器应该能够做到这一点。我想念什么？我在做什么错了？

环境

我正在使用

Microsoft Visual Studio Professional 2019-版本16.4.2
平台工具集：Visual Studio 2019（v142）
C ++语言标准：预览-最新C ++工作草案（std：c ++ latest）的功能
今天的日期：2020年6月9日

Answer 1

这是因为函数memcpy_s不是constexpr函数。

当编译器解析模板化的constexpr函数时，它不会检查那些函数是否为constexpr。而是，在这些函数的实例化时检查constexprness。如果这些实例不是constexpr，则不是错误。

这就是这里发生的情况，Matrix<3,3>构造函数都不是constexpr，因为memcpy_s不是constexpr。

Answer 2

为什么这不起作用？我已经将所有constexpr都设置为在编译时应保持不变。编译器应该能够做到这一点。我想念什么？我在做什么错了？

没有完整的示例（index_t是什么？FOR()是什么？等等），很难准确地说出来，但是...

（1）constexpr构造函数必须初始化非静态数据成员。我的意思是：在初始化列表中。

所以

constexpr Matrix(Scalar homogenuos_value) noexcept

是错误的，因为您必须初始化buffer

// ..................................................vvvvvvvv
constexpr Matrix(Scalar homogenuos_value) noexcept : buffer{}

这也适用于其他构造函数

（2）constexpr函数不能调用（或不能在编译时执行）非constexpr函数。

但是您可以在std::fill_n()构造函数之一中调用constexpr（带有三个参数）。

仅从C ++ 20开始，std::fill_n()是constexpr。

您正在编译C ++ 20吗？

memcpy_s()（我不知道，因为它是Microsoft专用的，我使用Linux）是constexpr？

（3）据我所知，static函数中不允许使用constexpr变量，因此您的id变量

 constexpr static Matrix<N, N, Scalar> id =

在constexpr identityMatrix()函数内部

为解决此问题，我建议使用static constexpr模板变量iMatrix代替identityMatrix()函数

template<index_t N, typename Scalar = double>
static constexpr auto iMatrix =  []
    {
        Matrix<N, N, Scalar> m(0);
        for (index_t i = 0; i < N; i++)
        {
            m.at(i, i) = static_cast<Scalar>(1.0);
        }
        return m;
    }();

// ...

constexpr auto id = iMatrix<3>;

用lamba函数初始化constexpr

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