MSVC和clang在if constexpr分支上的行为不同

Question

给定这个辅助函数：

template<typename Type>
std::string toString(Type const& value, bool encloseInQuotes = false) {
  if constexpr (std::is_same<bool, Type>::value) {
    auto s = value ? "true" : "false";
    return encloseInQuotes ? "\""s + s + "\"" : s;
  }

  if constexpr (std::is_arithmetic<Type>::value) {
    if (std::isnan(value)) {
      return encloseInQuotes ? "\"NaN\"" : "NaN";
    }
  }

  return "";
}

使用这个函数将基本类型（和字符串）转换为字符串表达式时，当我像这样使用它时，MSVC会出现编译错误：

int main() {
  std::string temp = toString(true);
  return 0;
}

使用clang编译没有问题，但使用MSVC时会出现错误：

2>c:\program files (x86)\windows kits\10\include\10.0.10240.0\ucrt\math.h(403): error C2668: 'fpclassify': 对重载函数的调用不明确

2>c:\program files (x86)\windows kits\10\include\10.0.10240.0\ucrt\math.h(288): note: 可能是 'int fpclassify(long double) noexcept'

2>c:\program files (x86)\windows kits\10\include\10.0.10240.0\ucrt\math.h(283): note: 或 'int fpclassify(double) noexcept'

2>c:\program files (x86)\windows kits\10\include\10.0.10240.0\ucrt\math.h(278): note: 或 'int fpclassify(float) noexcept'

2>c:\program files (x86)\windows kits\10\include\10.0.10240.0\ucrt\math.h(403): note: 试图匹配参数列表 '(_Ty)'

2> with

2> [

2> _Ty=int

2> ]

2>: note: 参见正在编译的函数模板实例化 'bool isnan(_Ty) noexcept'

2> with

2> [

2> Type=int,

2> _Ty=int

2> ]

显然编译器将 if constexpr (std::is_arithmetic<Type>::value) 也视为有效的备选项，并生成了上述错误。但是，在运行时，它正确地采用了bool路径(当我省略if constexpr (std::is_arithmetic<Type>::value)部分或使用强制转换if (std::isnan(static_cast<double>(value))))).

我该如何在Windows上使其正确编译？

- Mike Lischke

Answer 1

bool 至少有两个类型特征返回 true：

std::is_same<bool, Type>::value
std::is_arithmetic<Type>::value

然后您可以调用std::isnan(true)。使用else if：

if constexpr (std::is_same<bool, Type>::value) {
    auto s = value ? "true" : "false";
    return encloseInQuotes ? "\""s + s + "\"" : s;
}
else if constexpr (std::is_arithmetic<Type>::value) {
    if (std::isnan(value)) {
        return encloseInQuotes ? "\"NaN\"" : "NaN";
    }
    ...
}
else
    return "";

- Evg

---

这个解决方案行不通，例如，如果Type被推断为int，它将触发完全相同的错误：https://godbolt.org/z/u4e0HF。 - Daniel Langr

这是 OP 的原始代码的错误。如果它是一个 int 而不是 nan 呢？它不会返回任何东西。 - Hatted Rooster

@DanielLangr，缺少该重载可能是实现中的一个错误。 - Evg

@Evg 我的观点是，这个问题主要是由于MSVC实现中的一个错误引起的（整数类型缺少std::isnan和std::isinf的重载），而不是像你的答案所暗示的那样缺少了else。 - Daniel Langr

@DanielLangr，我的目的是要展示另一个观点：如果必须排除一个分支，你可以使用else if。在这种特定情况下，你可以重新设计代码以获得更好的解决方案。我完全同意这一点。 - Evg

Answer 2

std::isnan 和 std::isinf 看起来在 MSVC 内部调用了 fpclassify 函数。该函数对浮点类型进行了重载，并且你需要传递一个 bool 类型的参数，因此调用是有歧义的。

为避免这种情况，可以将参数强制转换为 double 类型：

if constexpr (std::is_arithmetic<Type>::value) {
  if (std::isinf((double)value)) {
    return encloseInQuotes ? "\"INF\"" : "INF";
  }

  if (std::isnan((double)value)) {
    return encloseInQuotes ? "\"NaN\"" : "NaN";
  }

实时演示：https://godbolt.org/z/W7Z3r3

---

更新

这似乎是MSVC实现中的一个错误，因为根据cppreference，应该存在整数参数的重载版本，其行为与double重载版本相同。最小示例：

auto b = std::isnan(1);

现场演示：https://godbolt.org/z/qcTfQs

- Daniel Langr

---

这就是我尝试解决问题所做的事情，但其实根本不必这样做，因为对于布尔输入，bool分支会被自动执行。为什么MSVC会将输入类型设置为int呢？这对我来说似乎是编译器的一个小陷阱。 - Mike Lischke

@MikeLischke 但这就是问题所在 - 因为你没有else，而且bool既是算术类型，也与bool相同（显然），所以两个if都是true。 - Steve

@Steve 如果有多个条件为真的if constexpr，这会成为一个问题吗？ - Daniel Langr

好的，我明白了。由于clang在使用std :: isnan或std :: isinf时不会针对bool值产生警告或错误，因此很难完全检查这一点。因此，我无法确定clang在编译布尔分支中的返回时是否会进行优化。 - Mike Lischke

@MikeLischke 为什么会产生警告？bool是一种整型，因此它只使用整数参数的重载，这是正确的行为。 - Daniel Langr

@MikeLischke，这不是优化的问题。如果clang没有整数类型的重载，你会得到相同的错误。即使函数在运行时没有被调用，编译器也必须能够生成调用。 - Evg