为何含std::array成员的类默认太空船运算符被删除？

问题重现 #

以下代码在Apple Clang 14.x、Clang 15.x中无法编译：

#include <array>
#include <compare>

struct test
{
    std::array<std::int64_t, 1> coords;
    auto operator<=>(const test&) const = default;
};

void test_f() {
    test c1{1}, c2{2};
    auto t1 = (c1 <= c2);
}

编译错误提示：

defaulted 'operator<=>' is implicitly deleted because there is no viable
three-way comparison function for member 'coords'

但单独使用std::array的比较逻辑却能正常通过编译：

void test_2() {
    std::array<std::int64_t, 1> coords{0};
    auto t1 = (coords <= coords);
}

问题原因 #

这是Clang对C++20标准中条件性生成成员函数的处理逻辑导致的：

1. std::array的operator<=>是模板条件性提供的：只有当元素类型满足std::three_way_comparable要求时，才会实例化出这个三路比较运算符。
2. 编译器尝试为test类默认生成operator<=>时，会检查成员coords是否存在可访问、非删除的三路比较运算符。但此时std::array<std::int64_t,1>的operator<=>还未被实例化，Clang会判定该成员没有符合要求的比较函数，因此将类的默认operator<=>标记为删除。
3. 单独使用std::array的比较时，编译器会触发模板实例化流程，此时元素类型std::int64_t支持三路比较，operator<=>会被正确生成，因此代码可以正常编译。

解决方案 #

方案1：手动实现类的operator<=> #

绕过默认生成逻辑，直接调用std::array的比较运算符：

struct test
{
    std::array<std::int64_t, 1> coords;
    auto operator<=>(const test& other) const {
        return coords <=> other.coords;
    }
};

这种方式会强制编译器实例化std::array的operator<=>，确保比较逻辑正常生效。

方案2：显式指定比较结果类型 #

如果需要保留默认生成的语义，可显式指定比较结果类型，帮助Clang正确推导：

struct test
{
    std::array<std::int64_t, 1> coords;
    std::strong_ordering operator<=>(const test&) const = default;
};

注意这种方式依赖于元素类型的比较结果类型匹配，对于std::int64_t来说，std::strong_ordering是正确的选择。

补充说明 #

这是Clang在处理模板类条件性成员函数时的行为差异，GCC在相同场景下可以正常编译默认生成的operator<=>。如果需要兼容更多编译器，推荐使用方案1的手动实现方式。

内容的提问来源于stack exchange，提问作者Raffi