c++ - 尽可能在编译时强制执行函数契约

Question

(这个问题的灵感来自 How can I generate a compilation error to prevent certain VALUE (not type) to go into the function?)

假设我们有一个单参数 foo，语义上定义为

int foo(int arg) {
    int* parg;
    if (arg != 5) {
        parg = &arg;
    }

    return *parg;
}

上面的整个代码用于说明一个简单的想法 - 函数返回它自己的参数，除非参数等于 5，在这种情况下行为是未定义的。

现在，挑战 - 以这样的方式修改函数，如果它的参数在编译时已知，则应该生成编译器诊断(警告或错误)，如果不是，则行为在运行时保持未定义。解决方案可以依赖于编译器，只要它在四大编译器之一中可用。

以下是一些无法解决问题的潜在路线:

• 使函数成为模板，将其参数作为模板参数 - 这并不能解决问题，因为它使函数不符合运行时参数的条件
• 使函数成为 constexpr - 这并不能解决问题，因为即使编译器看到未定义的行为，它们也不会在我的测试中产生诊断 - 相反，gcc 会插入 ud2 指令，这不是我想要的。

Answer 1

constexpr 出现错误当在常量表达式中用于:

constexpr int foo(int arg) {
    int* parg = nullptr;
    if (arg != 5) {
        parg = &arg;
    }
    return *parg;
}

Demo

我们无法知道参数值在编译类型中是已知的，但我们可以使用类型表示值与 std::integral_constant

// alias to shorten name. 
template <int N>
using int_c = std::integral_constant<int, N>;

可能与 UDL与 operator "" _c拥有5_c , 42_c .

然后，添加重载:

template <int N>
constexpr auto foo(int_c<N>) {
    return int_c<foo(N)>{};
}

所以:

foo(int_c<42>{}); // OK
foo(int_c<5>{}); // Fail to compile

// and with previous constexpr:
foo(5); // Runtime error, No compile time diagnostic
constexpr auto r = foo(5); // Fail to compile

正如我所说，参数在函数内部不知道是恒定的， is_constexpr seems not possible in standard允许调度，但是一些编译器为此提供了内置的( __builtin_constant_p )，所以使用 MACRO，我们可以进行调度:

#define FOO(X) [&](){ \
    if constexpr (__builtin_constant_p(X)) {\
        return foo(int_c<__builtin_constant_p (X) ? X : 0>{});\
    } else {\
        return foo(X); \
    } \
}()

Demo

注意:不能使用 foo(int_c<X>{})直接，即使在 if constexpr 中，仍然有一些语法检查。