如何使含可变参数列表的嵌套结构体无需预声明子项即可constexpr初始化？

现有如下结构体布局：

#include <vector>
struct A {
    char const* name;
    std::vector<char const*> list;
};

struct B {
    char const* group_name;
    A an_A;
    int other_stuff;
};

初始化方式如下：

B b = {
 "My B",
  { "My A",
    {{ "My", "variable", "length", "list" }}
  },
  42
};

需要找到一种定义方式，让b可以被声明为constexpr，且无需在主项之前声明子项。

尝试用std::initializer_list的问题 #

修改结构体为使用std::initializer_list以支持constexpr：

#include <initializer_list>

struct A {
    char const* name;
    std::initializer_list<char const*> list;
};

struct B {
    char const* group_name;
    A an_A;
    int other_stuff;
};

B b = {
 "My B",
  { "My A",
    {{ "My", "variable", "length", "list" }}
  },
  42
};

但出现编译错误：

<source>:20:1: error: could not convert '{{"My", "variable", "length", "list"}}' from '<brace-enclosed initializer list>' to 'std::initializer_list<const char*>'
   20 | };
      | ^
      | |
      | <brace-enclosed initializer list>
ASM generation compiler returned: 1
<source>:20:1: error: could not convert '{{"My", "variable", "length", "list"}}' from '<brace-enclosed initializer list>' to 'std::initializer_list<const char*>'
   20 | };
      | ^
      | |
      | <brace-enclosed initializer list>
Execution build compiler returned: 1

错误原因是初始化std::initializer_list时多嵌套了一层大括号，std::initializer_list直接接受单层大括号的元素列表即可。

可行解决方案 #

1. 修正std::initializer_list初始化（C++11及以上） #

去掉多余的大括号，即可正常声明constexpr变量：

#include <initializer_list>

struct A {
    char const* name;
    std::initializer_list<char const*> list;
};

struct B {
    char const* group_name;
    A an_A;
    int other_stuff;
};

constexpr B b = {
 "My B",
  { "My A",
    { "My", "variable", "length", "list" }
  },
  42
};

std::initializer_list在constexpr上下文中会指向编译器生成的只读数组，生命周期与b一致，满足需求。

2. 使用C++20 constexpr std::vector #

如果需要完整的容器功能而非仅列表视图，C++20开始std::vector支持constexpr初始化，直接修改原始代码即可：

#include <vector>

struct A {
    char const* name;
    std::vector<char const*> list;
};

struct B {
    char const* group_name;
    A an_A;
    int other_stuff;
};

constexpr B b = {
 "My B",
  { "My A",
    { "My", "variable", "length", "list" }
  },
  42
};

注意需要启用C++20或更高版本的编译标准。

3. 自定义constexpr数组容器（兼容C++11/14） #

若需兼容更早的C++标准，可自定义轻量级数组结构体实现可变长度constexpr列表：

template <size_t N>
struct ConstArray {
    char const* data[N];
    constexpr size_t size() const { return N; }
    constexpr char const* operator[](size_t idx) const { return data[idx]; }
};

struct A {
    char const* name;
    ConstArray<0> list;

    template <size_t N>
    constexpr A(char const* n, ConstArray<N> arr) : name(n), list(arr) {}
};

struct B {
    char const* group_name;
    A an_A;
    int other_stuff;
};

constexpr B b = {
 "My B",
  { "My A",
    ConstArray<4>{ "My", "variable", "length", "list" }
  },
  42
};

这种方式在C++11及以上版本中可正常编译，同时保留可变长度列表的constexpr特性。

内容的提问来源于stack exchange，提问作者Adrian