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计算编译时数组时发生编译器相关错误

compile-time c++11 templates c++

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xinaiz · 技术社区 · 8 年前

我的目标是在编译时计算阶乘数组,而不创建任何类对象或调用静态函数。以下是最基本的代码:

#include <iostream>
#include <cinttypes>
#include <array>

namespace CompileTime
{
    enum {MaxFactorial = 10};

    template<size_t N, size_t I = N-1>
    class Factorial : public Factorial<N, I-1>
    {
    public:
        static const uint64_t value;
    };


    template<size_t N>
    class Factorial<N,1> : public Factorial<N, 0>
    {
    public:
        static const uint64_t value;
    };

    template<size_t N>
    class Factorial<N,0>
    {
    public:
        static const uint64_t value;
        static std::array<uint64_t,N> array;
    };


    template<size_t N>
    const size_t Factorial<N,1>::value = Factorial<N,0>::array[1] = 1;

    template<size_t N>
    const size_t Factorial<N,0>::value = Factorial<N,0>::array[0] = 1;

    template <size_t N, size_t I>
    const size_t Factorial<N,I>::value = Factorial<N,0>::array[I] =
                                  I * Factorial<N, I-1>::value;

    template <size_t N>
    std::array<uint64_t,N> Factorial<N, 0>::array;

    template class Factorial<MaxFactorial>;

    typedef Factorial<MaxFactorial> PrecomputerFactorial;
}

int main()
{
    using CompileTime::PrecomputerFactorial;

    for(auto x : PrecomputerFactorial::array)
        std::cout << x << std::endl;
    std::cout << std::endl;
}

使用GCC 5.3.0进行编译,程序输出如下:

MSVC 2015:

首先,为什么 array[0] 具有价值 0 在这两种情况下,尽管设置为 1 在这里:

template<size_t N>
    const size_t Factorial<N,0>::value = Factorial<N,0>::array[0] = 1;

第二,为什么MSVC 2015无法计算?

2 回复 | 直到 8 年前

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Johan Lundberg 8 年前

一个基本问题是使用数组下标运算符( array[0] )作为constexpr操作。但在C++17之前它不是constexpr: http://en.cppreference.com/w/cpp/container/array/operator_at

为什么数组[0]在两种情况下都有值0,尽管设置为1?

因为 value 要设置为1的目标在基类中声明 Factorial<N,0> 但被隐藏在 价值 成员。

顺便说一句,如果您确实想用这样的直接方法计算阶乘编译时间,那么您可以用C++17来实现这一点:

template<size_t N>
constexpr auto factorial(){
   if constexpr(N<2){
     return 1;
   }
   return N*factorial<N-1>();
}

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Community holdenweb 7 年前

我不知道你两个问题的答案,但我知道如何修复你的代码,以便它能在我可以方便地测试的所有编译器中工作,基于来自 this old answer 和 this other old answer 。我还没有用MSVC对此进行测试,很想知道它是否有效。

#include <iostream>
#include <cinttypes>
#include <array>

using std::uint64_t;

// Helper template that computes the factorial of one integer
template<uint64_t I> struct Factorial
{ static constexpr uint64_t value = I * Factorial<I-1>::value; };

template<> struct Factorial<0> { static constexpr uint64_t value = 1; };

// FactorialArray recursively assembles the desired array as a variadic
// template argument pack from a series of invocations of Factorial
template<uint64_t I, uint64_t... Values> struct FactorialArray
  : FactorialArray<I-1, Factorial<I>::value, Values...>
{};

// and in the base case, initializes a std::array with that pack
template<uint64_t... Values> struct FactorialArray<uint64_t(-1), Values...>
  : std::array<uint64_t, sizeof...(Values)>
{
  constexpr FactorialArray()
    : std::array<uint64_t, sizeof...(Values)> ({{Values...}})
  {}
};

int main()
{
  static FactorialArray<10> f;
  for (std::size_t i = 0; i < f.size(); i++)
    std::cout << i << "! = " << f[i] << '\n';
  return 0;
}

^2. )编译时计算,除非编译器足够聪明,能够记忆 Factorial<I>::value 很可能是这样。

比我更精通C++11特性的人可能能够简化这一点,尤其是 FactorialArray ,在编译器停止对我的抱怨之前,这是一种非常强烈的货物崇拜+改变。

for (auto x : f) 与一起工作 FactorialArray(工厂阵列) ; 上面显示的更复杂的循环是为了证明索引正确。

请注意 FactorialArray<10, 42> f; 将无投诉地编译,并错误地报告11!=42.在供公众使用的图书馆中,可能值得保存递归 FactorialArray(工厂阵列) 在一个 detail 名称空间,然后将其包装在不带变量参数的公共模板中:

namespace detail {
    // Factorial and FactorialArray as above
}
template<uint64_t I> struct FactorialArray : detail::FactorialArray<I> {};