为何带状态的constexpr lambda无法作为非类型模板参数？

核心差异：Lambda闭包类型 vs 自定义函数对象类型 #

Lambda常被误认为是自定义函数对象的完全等价语法糖，但两者在类型属性上有本质区别，这直接决定了能否作为非类型模板参数（NTTP）。

非类型模板参数的关键要求 #

C++20对NTTP的类型有严格限制：必须是结构类型（structural type）。结构类型需满足：

• 所有非静态数据成员均为公有
• 无用户声明的析构函数、拷贝/移动构造函数、拷贝/移动赋值运算符
• 每个数据成员的类型要么是结构类型，要么是算术类型、指针、引用、枚举等可直接比较的基础类型

自定义函数对象符合要求的原因 #

以示例中的always_fn为例：

struct always_fn {
    const int x; // 公有成员，类型是算术类型
    int operator()() const { return x; }
};
inline constexpr always_fn always_f{5};

• 所有数据成员x是公有且类型合法
• 无用户声明的特殊成员函数（编译器生成的默认特殊成员函数不属于"用户声明"范畴）
  因此always_fn是结构类型，其constexpr实例always_f可作为NTTP。

Lambda闭包类型不符合要求的原因 #

带捕获的Lambda的闭包类型（即always_2_f的类型）不满足结构类型的条件：

1. 捕获成员的访问权限：Lambda捕获的变量对应的闭包成员默认是私有的，违反了结构类型"所有非静态数据成员公有"的要求。
2. 特殊成员函数的存在：闭包类型会被编译器隐式生成用户声明的拷贝构造函数等特殊成员（标准将编译器为Lambda生成的特殊成员归类为用户声明），这也不符合结构类型的定义。

即使Lambda是constexpr且行为等价于自定义函数对象，闭包类型的上述属性也无法改变，因此always_2_f不能作为NTTP。

包装后的类型分析 #

示例中的wrapped模板：

• wrapped_f的类型是wrapped<always_fn>：always_fn是结构类型，wrapped的成员f_是公有，因此整个类型是结构类型，可作为NTTP。
• wrapped_2_f的类型是wrapped<decltype(always_2_f)>：由于模板参数是Lambda闭包类型（非结构类型），wrapped的实例类型也不再是结构类型，因此无法作为NTTP。

例外情况：无捕获的Lambda #

如果Lambda没有捕获任何变量，其闭包类型是结构类型（无私有成员，且编译器生成的特殊成员不属于用户声明范畴），因此constexpr无捕获Lambda实例可以作为NTTP。

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