如何检测函数在参数非constexpr时仍能产生constexpr结果？

有些constexpr函数存在这样的特性：即便传入的参数不是constexpr值，但只要该参数并未被实际使用，函数依然能生成constexpr结果。比如std::integral_constant::operator T：

#include <utility>

std::integral_constant<int, 42> a;
constexpr int b = a; // 编译通过！

现在需要编写一个Concept，用来测试类型是否具备这类特性——比如区分以下两个结构体：

• 结构体A的operator bool()是constexpr，且返回值不依赖成员变量
• 结构体B的operator bool()是constexpr，但返回值依赖成员变量

期望的测试逻辑是：

#include <utility>

struct A {explicit constexpr operator bool() const {return true;}};
struct B {int x = 1; explicit constexpr operator bool() const {return x;}};

// 待实现的Concept C
template <typename T>
concept C = /* 正确约束 */;

static_assert(C<A>);   // 应通过断言
static_assert(!C<B>);  // 应通过断言

但如果直接写如下Concept，会触发编译错误：

template <typename T>
concept C = requires(T t){std::bool_constant<t>{};};

报错信息：

<source>:7:46: error: constraint variable 't' cannot be used in an evaluated context
    7 | concept C = requires(T t){std::bool_constant<t>};
      |                                              ^

原因是requires表达式中的t是约束变量，不能直接用于常量表达式求值上下文。

正确的实现方式 #

我们需要验证：当创建一个非constexpr的T实例时，调用目标函数（这里是bool转换运算符）的结果能否作为常量表达式。可以通过constexpr lambda来实现这一点：

#include <type_traits>

struct A {explicit constexpr operator bool() const {return true;}};
struct B {int x = 1; explicit constexpr operator bool() const {return x;}};

template <typename T>
concept C = requires {
    // 在constexpr lambda中创建非constexpr实例，尝试常量上下文转换
    std::bool_constant<[]() constexpr {
        T t;
        return static_cast<bool>(t);
    }()>{};
};

static_assert(C<A>);
static_assert(!C<B>);

原理说明：

1. 在constexpr lambda内部创建非constexpr的T对象t
2. 尝试调用t的转换运算符并返回结果
3. 如果lambda能在constexpr上下文执行成功，说明转换运算符不依赖t的非constexpr状态（即未使用t的非constexpr成员），std::bool_constant可正常实例化，Concept满足
4. 对于结构体B，t.x不是常量表达式，lambda无法在constexpr上下文执行，Concept不满足

如果要适配更通用的转换类型（不限于bool），可以改成模板化的Concept：

template <typename T, typename Ret>
concept ConvertibleToConstexpr = requires {
    std::integral_constant<Ret, []() constexpr {
        T t;
        return static_cast<Ret>(t);
    }()>{};
};

// 使用示例
static_assert(ConvertibleToConstexpr<A, bool>);
static_assert(!ConvertibleToConstexpr<B, bool>);

内容的提问来源于stack exchange，提问作者HolyBlackCat