constexpr函数无法在constexpr if中使用的解决方案咨询

可以在constexpr函数中通过条件分支调用非constexpr函数，直接调用这类函数时编译运行都正常，示例如下：

void bla( )
{
    std::cout << "bla called!" << std::endl;
}

constexpr bool check(bool condition)
{
    //bla(); // 无法直接调用 -> 非constexpr! 
    condition ? void (0) : bla(); // 编译运行正常，无论condition为true或false！

    
    true ? void(0): bla(); // 同样可编译！已直接求值
    
    false ? bla(): void(0); // 可编译，已直接求值

    return 0;
}

int main()
{
    check( false );
    check( true );
}

比如check(false)能正常调用非constexpr的bla()函数。

但将这类constexpr函数用于constexpr if时，会触发编译错误：

void bla( )
{
    std::cout << "bla called!" << std::endl;
}

constexpr bool check(bool condition)
{
    //bla(); // 无法直接调用 -> 非constexpr! 
    condition ? void (0) : bla(); // 编译运行正常，无论condition为true或false！

    
    true ? void(0): bla(); // 同样可编译！已直接求值
    
    false ? bla(): void(0); // 可编译，已直接求值

    return 0;
}

int main()
{
    if constexpr(check( false )){}; // 抛出编译错误
    if constexpr(check( true )){};
}

原因是constexpr if要求条件必须是核心常量表达式，编译器会检查函数所有可能的执行路径是否符合constexpr要求，哪怕某些路径在运行时不会被执行。

实际需求是根据编译标志实现函数的两个版本，通过constexpr if调用保持代码简洁，但定义SIMULATION时无法正常运行：

#include <iostream>
#define SIMULATION
size_t get_count() { return 10; }

#if defined(SIMULATION)
    inline constexpr bool func(bool compile_time_flag = false) // 添加compile_time_flag参数，使函数在flag=true时可constexpr求值
    {
        bool ret_val = false;
        ret_val = compile_time_flag ? false : (get_count() > 1);
        return ret_val;
    }
#else
    inline constexpr bool func(bool compile_time_flag = true)
    {
        return false;
    };
#endif

int main()
{
    if constexpr(func())
    {
        std::cout << " It works! ";
    }
    return 0;
}

不想通过编译标志区分调用方式（如下述不够优雅的实现），需要更简洁的方案：

#if define SIMULATION
# define CHECK_COND (func())
#else
# define CHECK_COND constexpr(func())
int main()
{
    if CHECK_COND
    {
        std::cout << " It works! ";
    }
    return 0;
}

方案1：利用C++20 std::is_constant_evaluated()（最简洁） #

std::is_constant_evaluated()能在constexpr函数内部判断当前是否处于编译期求值，从而分支处理两种逻辑：

#include <iostream>
#include <type_traits>
#define SIMULATION
size_t get_count() { return 10; }

inline constexpr bool func()
{
#if defined(SIMULATION)
    if(std::is_constant_evaluated())
    {
        // 编译期求值路径，仅返回合法constexpr值
        return false;
    }
    else
    {
        // 运行时路径，允许调用非constexpr函数
        return (get_count() > 1);
    }
#else
    return false;
#endif
}

int main()
{
    // constexpr if触发编译期求值，走合法路径
    if constexpr(func())
    {
        std::cout << " It works! ";
    }
    
    // 运行时调用走非constexpr路径
    bool runtime_result = func();
    return 0;
}

方案2：模板非类型参数区分编译/运行路径 #

通过模板参数明确标记是否为编译期调用，编译器会实例化对应合法路径：

#include <iostream>
#define SIMULATION
size_t get_count() { return 10; }

template<bool CompileTimeFlag = false>
inline constexpr bool func()
{
#if defined(SIMULATION)
    if constexpr(CompileTimeFlag)
    {
        // 编译期专用分支，无非法操作
        return false;
    }
    else
    {
        // 运行时分支，允许调用非constexpr函数
        return (get_count() > 1);
    }
#else
    return false;
#endif
}

int main()
{
    // constexpr if调用时显式指定编译期分支
    if constexpr(func<true>())
    {
        std::cout << " It works! ";
    }
    
    // 运行时调用使用默认参数
    bool runtime_result = func();
    return 0;
}

方案3：consteval函数分离编译期逻辑（C++20+） #

用consteval定义强制编译期求值的函数，原函数根据调用场景适配：

#include <iostream>
#define SIMULATION
size_t get_count() { return 10; }

// 仅能在编译期求值的函数
consteval bool compile_time_func()
{
#if defined(SIMULATION)
    return false;
#else
    return false;
#endif
}

// 通用函数，自动适配编译/运行场景
constexpr bool func(bool compile_time_flag = false)
{
#if defined(SIMULATION)
    if constexpr(compile_time_flag)
    {
        return compile_time_func();
    }
    else
    {
        return (get_count() > 1);
    }
#else
    return false;
#endif
}

int main()
{
    // constexpr if调用时指定编译期标记
    if constexpr(func(true))
    {
        std::cout << " It works! ";
    }
    
    // 运行时调用使用默认参数
    bool runtime_result = func();
    return 0;
}

内容的提问来源于stack exchange，提问作者Akash