为何std::array<T,N>::size()未声明为static？编译异常解析

在C++20的MinGW与MSVC环境中，出现了不符合预期的编译行为：

可正常编译的代码 #

#include <array>
#include <cstdint>

void functionArray(std::array<uint8_t, 2> const data)
{
    static_assert(2 == data.size());
}

无法编译的代码 #

#include <array>
#include <cstdint>

void functionArray(std::array<uint8_t, 2> const & data)
{
    static_assert(2 == data.size());
}

报错信息：error C2131: expression did not evaluate to a constant

现有解决方案 #

使用std::tuple_size针对std::array的特化版本，绕开成员函数调用的限制：

#include <array>
#include <cstdint>
#include <tuple>
#include <type_traits>

void functionArray(std::array<uint8_t, 2> const & data)
{
    static_assert(2 == std::tuple_size<std::remove_reference_t<decltype(data)>>{});
}

MSVC中std::array::size()的实现 #

template <class _Ty, size_t _Size>
class array { // fixed size array of values
public:
    _NODISCARD constexpr size_type size() const noexcept {
        return _Size;
    }
};

疑问解答 #

1. 为何引用类型的std::array调用size()无法在编译期求值？

C++标准对常量表达式的求值有严格限制：即使成员函数是constexpr，调用它的对象必须属于核心常量表达式范畴。函数的引用参数不属于核心常量表达式，哪怕它被声明为const，因此通过该引用调用非static的constexpr成员函数时，无法被编译器认定为常量表达式。

2. 是否因为std::array的引用本身并非constexpr变量，导致成员函数调用中的隐式this阻碍了编译期求值？

是的。调用非static成员函数时，会隐式传递this指针，而此处this指向的是函数的引用参数——该参数不是constexpr对象，不符合常量表达式中对this指针指向对象的要求，因此整个调用无法作为常量表达式参与static_assert的求值。

3. 为何std::array<T,N>::size()未声明为static？

主要是为了保持标准容器接口的一致性。std::array的设计目标是同时兼顾原生数组的性能和标准容器的接口兼容性，比如std::vector、std::list等容器的size()都是非static成员函数。将std::array::size()设计为非static，可以让它无缝适配依赖容器接口的泛型代码（例如范围for循环、标准库算法等），避免因接口不一致导致的泛型代码失效。

补充验证示例 #

将size()声明为static后，即可通过编译，因为static成员函数不需要依赖this指针，调用时无需对象是constexpr：

#include <cstddef>

template <size_t N>
struct Blub
{
    static constexpr size_t size()
    {
        return N;
    }
};

void blubFunction(Blub<4> const & blub)
{
    static_assert(4 == blub.size());
}

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