C++非constexpr参数创建constexpr数组及static_assert使用方法

我从相关技术解答了解到，函数形参args不属于常量表达式（constant expression）。现有问题如下：应当如何修改下述示例程序，才能在第一个CreateArrConst函数变体中使用static_assert时不触发编译错误？

示例代码如下：

#include <array>

template<typename... Args>
auto constexpr CreateArrConst(Args&&... args)
{
  std::array arr
  {
      args...
  };
  //i want to have an static_assert here without error
  return arr;
}

template<typename... Args>
auto constexpr CreateArrConst_NotWorking(Args&&... args)
{
  constexpr std::array arr
  {
      args...
  };
  static_assert(arr.back() == 4);
  return arr;
}

int main() 
{
  static_assert(CreateArrConst(4).back() == 4);
  // uncomment this to reproduce compile error
  // static_assert(CreateArrConst_NotWorking(4).back() == 4);

  return 0;
}

问题原因与修改方案 #

编译报错的核心规则和你查到的结论完全一致：constexpr函数的形参永远不属于常量表达式。
哪怕你在编译期语境（比如static_assert里）调用这个constexpr函数，函数体内的形参args仍然不被视为编译期常量：你既不能用它初始化constexpr修饰的数组，也不能对依赖它值的表达式直接做static_assert检查——本质是因为constexpr函数同时支持运行期调用，如果允许在函数体内写依赖形参值的静态断言，当函数接收运行期传入的参数时，断言根本无法在编译阶段执行，C++标准从规则层面就禁止这种写法。

如果要把static_assert写在函数内部且不触发编译错误，必须让断言依赖的值是编译期确定、和函数运行期调用无关的常量，可选实现方案如下：

• 方案1（C++20及以上可用，最简洁）：把传入的数值从函数形参改为非类型模板参数，用consteval修饰函数保证其仅能在编译期执行，修改后代码如下：

#include <array>

template<auto... args>
consteval auto CreateArrConst()
{
  constexpr std::array arr{ args... };
  // 此处arr所有元素都是编译期常量，静态断言可正常通过
  static_assert(arr.back() == 4);
  return arr;
}

int main() 
{
  static_assert(CreateArrConst<4>().back() == 4);
  return 0;
}

• 方案2（C++20及以上可用，保留原调用形式）：如果希望保留CreateArrConst(4)的函数式调用写法、不需要显式写尖括号传模板参数，可以借助std::integral_constant抬升参数的常量属性，包装后调用形式和原代码完全一致，同样支持函数内静态断言：

#include <array>
#include <utility>

template<auto V>
using Const = std::integral_constant<decltype(V), V>;

template<auto... Args>
consteval auto CreateArrConstImpl(std::integral_constant<decltype(Args), Args>...)
{
  constexpr std::array arr{ Args... };
  static_assert(arr.back() == 4);
  return arr;
}

template<typename... Args>
consteval auto CreateArrConst(Args&&...)
{
  return CreateArrConstImpl(Const<Args{}>{}...);
}

int main()
{
  static_assert(CreateArrConst(4).back() == 4);
  return 0;
}

注意：上述两种方案都要求传入参数必须是编译期常量。如果你需要函数支持运行期传参，就不可能在函数体内写依赖参数值的static_assert，这种场景下把断言放在编译期调用位置（比如原代码main函数中的写法）即可。

内容的提问来源于stack exchange，提问作者SupAl