如何在C++11/14中用constexpr生成pair<char,char>的std::array常量

问题核心是C11/14中std::pair<char, char>的构造函数并非constexpr，同时std::array的编译期初始化支持有限。以下是两种可行的C14实现：

方案1：自定义constexpr Pair替代 #

#include <array>

// 自定义支持编译期构造的Pair结构
template<typename T1, typename T2>
struct ConstexprPair {
    T1 first;
    T2 second;

    constexpr ConstexprPair(T1 f, T2 s) : first(f), second(s) {}
};

// 编译期生成完整牌组
constexpr auto make_deck() {
    std::array<ConstexprPair<char, char>, 52> deck{};
    const char suits[] = {'S', 'H', 'D', 'C'};
    const char ranks[] = {'A', '2', '3', '4', '5', '6', '7', '8', '9', 'T', 'J', 'Q', 'K'};
    
    int idx = 0;
    for (int s = 0; s < 4; ++s) {
        for (int r = 0; r < 13; ++r) {
            deck[idx++] = ConstexprPair<char, char>{suits[s], ranks[r]};
        }
    }
    return deck;
}

// 编译期初始化的全局牌组常量
constexpr auto deck = make_deck();

方案2：利用索引序列生成元素（无需自定义Pair） #

借助C++14的std::index_sequence，通过聚合初始化构造std::pair（编译期聚合初始化不受构造函数非constexpr限制）：

#include <array>
#include <utility>

using Card = std::pair<char, char>;

template<std::size_t... Idx>
constexpr std::array<Card, 52> make_deck_impl(std::index_sequence<Idx...>) {
    const char suits[] = {'S', 'H', 'D', 'C'};
    const char ranks[] = {'A', '2', '3', '4', '5', '6', '7', '8', '9', 'T', 'J', 'Q', 'K'};
    return {{ {suits[Idx/13], ranks[Idx%13]}... }};
}

constexpr std::array<Card, 52> make_deck() {
    return make_deck_impl(std::make_index_sequence<52>{});
}

constexpr auto deck = make_deck();

C++11无std::index_sequence，且constexpr函数不允许循环，需用递归模板完成编译期初始化：

#include <array>
#include <utility>

using Card = std::pair<char, char>;

// 递归模板生成单个牌元素
template<std::size_t N>
struct DeckGenerator {
    static constexpr Card get() {
        const char suits[] = {'S', 'H', 'D', 'C'};
        const char ranks[] = {'A', '2', '3', '4', '5', '6', '7', '8', '9', 'T', 'J', 'Q', 'K'};
        return {suits[N/13], ranks[N%13]};
    }

    static constexpr void fill(std::array<Card, 52>& arr) {
        DeckGenerator<N-1>::fill(arr);
        arr[N] = get();
    }
};

// 递归终止条件
template<>
struct DeckGenerator<0> {
    static constexpr Card get() {
        return {'S', 'A'};
    }

    static constexpr void fill(std::array<Card, 52>& arr) {
        arr[0] = get();
    }
};

constexpr std::array<Card, 52> make_deck() {
    std::array<Card, 52> arr{};
    DeckGenerator<51>::fill(arr);
    return arr;
}

constexpr auto deck = make_deck();

• 增强类型安全：用枚举替代char表示花色和点数，避免无效值：

  enum class Suit { Spade, Heart, Diamond, Club };
  enum class Rank { Ace, Two, Three, ..., King };
  struct Card { Suit suit; Rank rank; };
  

• 消除魔法数字：将52、4、13等常量定义为constexpr变量，比如constexpr std::size_t DECK_SIZE = 52;，提升可读性和可维护性。
• 优先选择简洁实现：C++14及以上版本优先用constexpr函数+循环的写法，模板元编程仅在必要场景使用。
• 复用std::pair：C++14中可通过聚合初始化在constexpr函数里构造std::pair，无需自定义结构，如方案2所示。

内容的提问来源于stack exchange，提问作者Nemexia