C++14标准库的哪些部分可以或将会被转换为constexpr？

Question

随着新的放松的C++14常量表达式规则，编译时编程变得更加具有表现力。我想知道标准库是否也会升级以利用这一点。特别是，std::initializer_list、std::pair、std::tuple、std::complex、std::bitset和std::array似乎是被标记为constexpr的主要候选项。

问题：

• 哪些部分的标准库会被标记为constexpr？
• 哪些其他部分可以被标记为constexpr？
• 例如，为什么<cmath>和<algorithm>中的函数没有被标记为constexpr？
• 是否存在向后兼容性原因不这样做？

- TemplateRex

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如果你感到好奇，你可能想要看一下libc++，C++14的constexpr化工作正在进行中。 - Matthieu M.

@MatthieuM。谢谢，SVN主干确实有几个// constexpr in C++14的注释。 - TemplateRex

Answer 1

哪些标准库的部分现在将被标记为constexpr？

根据我查看的C++14草案N3690，目前以下内容将与C++11标准相比更改为constexpr：

• std::error_category 的默认构造函数
• std::forward
• std::move
• std::move_if_noexcept
• 所有的 std::pair 运算符比较
• std::pair 和 std::tuple 的 std::get。
• std::make_tuple
• 所有的 std::tuple 运算符比较
• 所有的 std::optional 运算符比较
• 所有的 std::optional 构造函数（除了移动）
• std::bitset 和其他容器的 operator[] 和 size。
• 所有的 std::complex 运算符比较

† _{由于是手动翻译，可能存在一些错误 :(}

对于可能更正确的constexpr添加列表，您可以查看：N3469, N3470和N3471

哪些其他部分可以标记为constexpr？

大部分可用constexpr（如std::numeric_limits的评估、std::tuple和std::pair构造函数等）已在C++11标准中标记为constexpr。存在一个问题，即std::ratio的时间点和其他组件未被标记为constexpr，但在N3469中已修复。

有益于加入constexpr的内容是std::initializer_list，但它并未在此次更新中得到改进（我不确定是否有任何建议允许改进）。

是否存在向后兼容性原因而不能这样做？

由于这是一个扩展，大多数东西不会被破坏，因为旧代码仍将按原样编译，现在也没有非法形式。然而，如果您没有预料到的话，将constexpr添加到旧事物中可能会导致一些令人惊讶的结果，例如在此提供的示例（感谢TemplateRex）。

- Rapptz

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+1，谢谢，非常好的概述。然而我想知道：a) 为什么 std::array<T,N> 不是完全 constexpr，b) 例如 std::complex 的修改成员函数 (operator*= 等) 为什么没有标记为 constexpr。正如这个问答所示，Clang 已经实现了这样的行为。同样，使整个 <cmath> 和 <algorithm> 头文件都 constexpr 的障碍是什么？我希望能够在编译时对数组进行排序。 - TemplateRex

让我们也注意到，constexpr 中可以包含的规则相当宽松。检查 Clang 的测试用例时，我注意到例如 for 循环等内容。 - Matthieu M.

@MatthieuM。是的，非常放松，所以我认为当前的N3690草案相对于可以完成的事情而言相当严格。理想情况下，我真的希望例如std::complex和其他值类完全成为constexpr。 - TemplateRex

顺便提一下，可能存在向后兼容性问题，请参见例如Clang邮件列表上的此线程。 - TemplateRex

@TemplateRex 将东西添加为 constexpr 可能会导致破坏性变化，你可能是正确的。 - Rapptz

Answer 2

上周（2013年9月23日至28日），标准委员会在标准库中的更多例程中添加了“constexpr”。

• forward_as_tuple
• 所有比较/逻辑/位命名运算符的operator()方法。（less，greater，plus，minus，bitwise_and，logical_or，not1等）

@TemplateRex：我们越来越接近在编译时对数组进行排序。

然而，我们还解决了LWG 2013问题，指出标准库实现者不能将未在标准中定义为“constexpr”的调用作为“constexpr”调用，因为这种差异可能会改变某些代码的行为。

- Marshall Clow

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谢谢更新！关于std::reverse_iterator（有一个DR），还有我提交了一个关于std::tie的DR，类似于std::forward_tuple。在C++14最终确定之前，它们有没有可能被设置为constexpr？+1 - TemplateRex

顺便问一下，您可以（尽管主观）提及委员会对C++17中更自由的constexpr的支持吗？例如，关于constexpr lambda的NB评论听起来非常有前途。我编写了自己的std::bitset实现，除了IO和字符串转换之外，它是“constexpr”批发的。我认为库留下了更多的机会，如果语言允许的话，可以利用这些机会。您能否评论为什么没有提出这些机会？C++17提议这样广泛的库扩展是否会受到好评？ - TemplateRex

我无法说为什么没有提出额外的位; 只是没有提出增补的论文。函数对象和forward_as_tuple之所以被添加，是因为我撰写了一篇论文并提出了问题。 - Marshall Clow

我认为库在constexpr方面有更多的机会，是的。 - Marshall Clow