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尽可能在编译时执行函数契约

c++

SergeyA · 技术社区 · 6 年前

(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? )

比如说,我们只有一个论点 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IDEA-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,挑战是修改函数的方式,如果在编译时知道它的参数,那么应该生成编译器诊断(警告或错误),如果不知道,那么在运行时行为仍然是未定义的。解决方案可能依赖于编译器,只要它在四大编译器中的任何一个中都可用。

以下是一些无法解决问题的潜在途径:

使函数成为一个将其参数作为模板参数的模板-这并不能解决问题,因为它使函数不适合运行时参数
使功能A 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生成诊断——相反,gcc插入 ud2 指令,这不是我想要的。

3 回复 | 直到 6 年前

Jarod42 6 年前

我有错误 constexpr 当用于 常量表达式 为:

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

Demo

我们不知道参数值在编译类型中是已知的,但是我们可以使用表示值的类型 std::integral_constant

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

可能与 UDL 具有 operator "" _c 拥有 5_c , 42_c .

然后,添加过载:

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,参数在函数内部不是常量,并且 is_constexpr seems not possible in standard 允许调度,但某些编译器提供了内置的( __builtin_constant_p )因此,使用宏,我们可以执行分派:

#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constexpr中,因为仍然有一些语法检查。

IÅya Bursov 6 年前

gcc/clang/intel编译器支持 __builtin_constant_p ,这样您就可以使用:

template <int D>
int foo_ub(int arg) {
    static_assert(D != 5, "error");
    int* parg = nullptr;
    if (arg != 5) {
        parg = &arg;
    }

    return *parg;
}

#define foo(e) foo_ub< __builtin_constant_p(e) ? e : 0 >(e)

这些语句产生编译时错误:

foo(5)
foo(2+3)
constexpr int i = 5; foo(i);

而所有其他-运行时segfault(或ub,如果没有 nullptr 使用)

Fureeish 6 年前

这不完美 它要求我们在两个不同的地方使用论点 但是 “作品” :

template<int N = 0>
int foo(int arg = 0) {
    static_assert(N != 5, "N cannot be 5!");
    int* parg;
    if (arg != 5) {
        parg = &arg;
    }

    return *parg;
}

我们可以这样称呼它:

foo<5>();   // does not compile
foo(5);     // UB
foo<5>(5);  // does not compile
foo<5>(10); // does not compile
foo<10>(5); // UB
foo();      // fine
foo<10>();  // fine
foo(10);    // fine