能否在constexpr函数中创建指向对象的std::array指针数组并返回？

问题核心原因 #

你遇到的编译错误本质是两个生命周期问题：

1. 函数内局部constexpr变量的生命周期和函数调用绑定，其地址不属于常量表达式，返回后会悬空
2. 临时对象的地址在表达式结束后就失效，属于直接非法操作

可行实现方案 #

方案1：使用静态存储期constexpr实例（C++20及以上支持） #

C++20允许在constexpr函数中定义static constexpr变量，这类变量属于全局静态存储期，地址可作为合法常量表达式使用。配合索引展开可以实现循环逻辑下的不同实例创建：

#include <array>
#include <utility>

struct AbstractPolynomial {};

template<typename T, std::size_t Degree>
struct Polynomial : AbstractPolynomial {
    // 示例构造函数，按你的实际需求调整
    constexpr Polynomial(std::initializer_list<T> coeffs) {}
};

// 推导指引示例
template<typename T, typename... Ts>
Polynomial(T, Ts...) -> Polynomial<T, sizeof...(Ts)>;

template<std::size_t N>
constexpr auto createArray() {
    std::array<const AbstractPolynomial*, N> res{};
    // 索引序列展开替代普通循环，为每个位置的实例分配独立静态存储
    [&]<std::size_t... Is>(std::index_sequence<Is...>) {
        auto fill_single = []<std::size_t I>() -> const AbstractPolynomial* {
            if constexpr (I % 2 == 0) {
                // 不同模板参数I对应唯一静态实例，不会重复定义
                static constexpr auto even_poly = Polynomial{5};
                return &even_poly;
            } else {
                static constexpr auto odd_poly = Polynomial{2, 5};
                return &odd_poly;
            }
        };
        ((res[Is] = fill_single.template operator()<Is>()), ...);
    }(std::make_index_sequence<N>{});
    return res;
}

// 编译期测试
constexpr auto test_arr = createArray<10>();
static_assert(test_arr.size() == 10);

方案2：std::variant实现编译期多态（无指针，更安全） #

如果你不需要运行期动态多态，只是要存储不同特化的Polynomial实例，用std::variant的纯值语义完全规避指针生命周期问题，不需要抽象基类，C++17即可使用：

#include <array>
#include <variant>

template<typename T, std::size_t Degree>
struct Polynomial {
    constexpr Polynomial(std::initializer_list<T> coeffs) {}
};

template<typename T, typename... Ts>
Polynomial(T, Ts...) -> Polynomial<T, sizeof...(Ts)>;

// 定义variant包含所有需要用到的Polynomial特化
using PolyVariant = std::variant<Polynomial<int, 0>, Polynomial<int, 1>>;

template<std::size_t N>
constexpr auto createArray() {
    std::array<PolyVariant, N> res{};
    for (std::size_t i = 0; i < N; i++) {
        if (i % 2 == 0) {
            res[i] = Polynomial{5};
        } else {
            res[i] = Polynomial{2, 5};
        }
    }
    return res;
}

// 编译期测试
constexpr auto test_arr = createArray<10>();

后续访问实例时用std::visit即可匹配不同特化的Polynomial。

方案3：全局预定义实例（兼容性最好，C++17可用） #

如果你的编译器不支持C++20，可以提前把所有需要用到的Polynomial实例定义为全局constexpr变量，直接取地址即可：

#include <array>

struct AbstractPolynomial {};

template<typename T, std::size_t Degree>
struct Polynomial : AbstractPolynomial {
    constexpr Polynomial(std::initializer_list<T> coeffs) {}
};

template<typename T, typename... Ts>
Polynomial(T, Ts...) -> Polynomial<T, sizeof...(Ts)>;

// 全局预定义所有需要的实例
constexpr auto even_poly = Polynomial{5};
constexpr auto odd_poly = Polynomial{2, 5};

template<std::size_t N>
constexpr auto createArray() {
    std::array<const AbstractPolynomial*, N> res{};
    for (std::size_t i = 0; i < N; i++) {
        res[i] = (i % 2 == 0) ? &even_poly : &odd_poly;
    }
    return res;
}

缺点是需要提前枚举所有要用到的Polynomial特化实例。

内容的提问来源于stack exchange，提问作者apopa