C++中能否在编译时评估一组constexpr函数？及实现问题

问题描述 #

刚接触C++模板，想要实现一个constexpr模板函数，接收一组返回值为bool、输入为int的函数作为参数包，检查给定值是否满足所有函数。提取核心代码后发现，Item 1的test函数使用is_in_v元函数时，因参数b不是常量表达式报错；但Item 2的test2函数传入相同值b却能正常编译运行。尝试过传递const引用，但未彻底解决问题，询问该需求是否可行及替代方案。

代码示例 #

constexpr bool f1 (int a) { return true; }
constexpr bool f2 (int a) { return false; }
constexpr bool f3 (int a) { return a > 3; }

//Item 1
template<bool (*...func)(int)>
constexpr bool test(int b) {
    return !is_in_v<bool, false, func(b)...>;
}
//Item 2
template<bool (*func)(int)>
constexpr bool test2(int b) {
    return func(b);
}

int main () {
   static_assert(test<f1, f3>(5)); //ERROR: b is not a constant expression
   static_assert(test2<f3>(5)); //works fine
}

原因分析 #

• is_in_v是模板参数，要求所有传入的参数必须是编译期常量。Item 1中func(b)的b是函数形参，模板实例化阶段（编译期）b的值尚未确定，只有函数调用时才会传入，因此func(b)无法作为模板参数的常量表达式，导致报错。
• Item 2的test2仅将func(b)作为函数返回值，constexpr函数允许在编译期或运行期调用：当用static_assert调用时，传入的5是常量表达式，func(5)能在编译期完成计算，因此可以正常通过。

可行替代方案 #

你的需求完全可行，以下两种方案可以解决问题：

方案1：将输入值作为模板非类型参数 #

把b设为编译期常量，这样func(b)就能满足常量要求（更推荐用折叠表达式直接判断，逻辑更清晰）：

constexpr bool f1(int a) { return true; }
constexpr bool f2(int a) { return false; }
constexpr bool f3(int a) { return a > 3; }

template<int b, bool (*...func)(int)>
constexpr bool test() {
    // 折叠表达式：所有func(b)为true才返回true，短路求值
    return (... && func(b));
}

int main() {
    static_assert(test<5, f1, f3>()); // 编译通过
    // static_assert(test<2, f1, f3>()); // 断言失败，f3(2)返回false
}

方案2：用折叠表达式替代is_in_v #

保持b作为函数形参，在constexpr函数内部用折叠表达式计算，只要调用时传入的b是常量表达式，就能在编译期求值：

constexpr bool f1(int a) { return true; }
constexpr bool f2(int a) { return false; }
constexpr bool f3(int a) { return a > 3; }

template<bool (*...func)(int)>
constexpr bool test(int b) {
    // 折叠表达式：所有func(b)为true则返回true
    return (... && func(b));
}

int main() {
    static_assert(test<f1, f3>(5)); // 编译通过，5是常量表达式
    // static_assert(test<f1, f3>(2)); // 断言失败
    int x = 5;
    test<f1, f3>(x); // 支持运行期调用，无需编译期结果时可用
}

补充说明 #

is_in_v本质是类型 traits 工具，依赖编译期常量参数，不适合用于这种需要在函数调用阶段计算的场景。而C++17引入的折叠表达式，能直接在constexpr函数内部对参数包进行逻辑运算，既满足编译期求值需求，又保留了函数形参的灵活性。

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