C++ «забывает», что переменная constexpr при использовании в качестве аргумента функции

Аргумент функции никогда не является постоянным выражением, даже если функция используется в контексте constexpr:

constexpr int foo(int i)
{
    // i is not a constexpr
    return i + 1;
}

constexpr auto i = 1;
constexpr auto j = foo(i);    

Чтобы имитировать аргумент constexpr, используйте параметр шаблона:

template<int i>
constexpr int foo()
{
    // i is constexpr
    return i + 1;
}

constexpr auto i = 1;
constexpr auto j = foo<i>();

Возможное решение - использовать std::integer_sequence для кодирования целых чисел в тип:

#include <array>
#include <iostream>
#include <type_traits>

template<typename P, typename Y, int... elements>
constexpr void copy_if_impl(P p, Y yi3ld, std::integer_sequence<int, elements...>) {
    ((p(elements) && (yi3ld(elements), true)), ...);
}

template<typename arr_t, typename P, typename Y>
constexpr void copy_if (P p, Y yi3ld) {
    copy_if_impl(p, yi3ld, arr_t{});
}

template<typename arr_t>
constexpr auto get_evens(){
    constexpr auto is_even = [](const int i) constexpr { return i % 2 == 0; };
    constexpr int cnt = [&is_even]() constexpr {
        int cnt = 0;
        auto increment = [&cnt](const auto&) { cnt++; };
        copy_if<arr_t>(is_even, increment);
        return cnt;
    }();

    std::array<int, cnt> result{};
    int idx = 0;
    copy_if<arr_t>(is_even, [&result, &idx](const auto& val) {
        result[idx++] = val; });
    return result;
}

int main()
{
    using arr = std::integer_sequence<int, 11, 22, 33, 44, 55>;
    for (const int i : get_evens<arr>()) {
        std::cout << i << " " << std::endl;
    }
}

Дополнение предложено Константиносом Глиносом.

Из книги Эффективный современный C++ автора Скотт Мейерс, п.15, стр.98:

• constexpr functions can be used in contexts that demand compile-time constants. If the values of the arguments you pass to a constexpr function in such a context are known during compilation, the result will be computed during compilation. If any of the arguments’ values is not known during compilation, your code will be rejected.
• When a constexpr function is called with one or more values that are not known during compilation, it acts like a normal function, computing its result at runtime. This means you don’t need two functions to perform the same operation, one for compile-time constants and one for all other values. The constexpr function does it all.

Другой ответ имеет правильную работу, но я думаю, что рассуждения не имеют ничего общего с параметрами, а вместо этого связаны с захватом лямбда здесь:

constexpr int cnt = [/* &arr, */&is_even]() 

Действительно, с помощью этого кода мы можем протестировать различные сценарии:

#include <array> 
#include <iostream>

template <size_t N>
constexpr int foo(const std::array<int, N>& arr) {
    return [&arr] () { return arr.size(); }();
}

template <size_t N>
constexpr int bar(const std::array<int, N>& arr) {
    int res{};
    for (auto i : arr) {
        res++;
    }
    return res;
}

template <size_t N>
constexpr int baz(const std::array<int, N>& arr)     {
    constexpr int test = [&arr] () constexpr {
        return bar(arr);
    }();
    return test;
}

int main() {
    constexpr std::array<int, 5> arr{11, 22, 33, 44, 55};
    constexpr std::array<int, foo(arr)> test{};
    constexpr std::array<int, bar(arr)> test2{};
    constexpr std::array<int, baz(arr)> test3{};
}   

Обратите внимание, что строка, в которой инициализируется test3, не компилируется. Это, однако, отлично компилируется:

template <size_t N>
constexpr int baz(const std::array<int, N>& arr) {
    return bar(arr);
}

Итак, в чем проблема? На самом деле лямбды - это просто прославленные функторы, и внутренне это будет выглядеть примерно так:

struct constexpr_functor {
    const std::array<int, 5>& arr;
    constexpr constexpr_functor(const std::array<int, 5>& test)
        : arr(test) { }
    constexpr int operator()() const {
        return bar(arr);
    }
};
// ...
constexpr constexpr_functor t{arr};
constexpr std::array<int, t()> test3{};

Обратите внимание, что теперь мы получаем сообщение об ошибке, показывающее настоящую проблему:

test.cpp:36:33: note: reference to 'arr' is not a constant expression
test.cpp:33:34: note: declared here
    constexpr std::array<int, 5> arr{11, 22, 33, 44, 55};

Другой ответ цитирует книгу Скотта Мейера, но неверно истолковывает цитаты. В книге фактически показано несколько примеров параметров, используемых в ситуациях constexpr, но кавычки просто говорят о том, что если вы передадите параметр, не являющийся constexpr, функция может работать во время компиляции.

Следуя предложению Evg, передав числа как параметры шаблона std::integer_sequence, но передавая целочисленную последовательность как аргумент функции get_evens(), а не как параметр шаблона, вы можете использовать числа непосредственно внутри get_evens().

Я имею в виду ... вы можете упростить get_evens() следующим образом (РЕДАКТИРОВАТЬ: дальнейшее упрощение по предложению Evg (спасибо!))

template <typename T, T ... Ts>
constexpr auto get_evens (std::integer_sequence<T, Ts...> const &)
 {
   std::array<T, (std::size_t(!(Ts & T{1})) + ...)> result{};

   std::size_t idx = 0;

   ((void)(Ts & 1 || (result[idx++] = Ts, true)), ...);

   return result;
 } 

и вы можете использовать это так

int main()
 {
   using arr = std::integer_sequence<int, 11, 22, 33, 44, 55>;

   for ( const int i : get_evens(arr{}) )
      std::cout << i << " " << std::endl;
 }

#include <array>
#include <iostream>

static constexpr std::array<int, 5> arr{11, 22, 33, 44, 55};

template <typename C, typename P, typename T>
static constexpr void invoke_if (const C& rng, P p, T target) {
    for (const auto& elem: rng) {
        if (p(elem)){
            target(elem);
        }
    }
}

constexpr bool is_even(int i) {
    return i % 2 == 0;
}

template<std::size_t N>
constexpr std::size_t count_evens(const std::array<int, N>& arr)
{
    std::size_t cnt = 0;
    invoke_if (arr, is_even, [&cnt](auto&&){++cnt;});
    return cnt;
}

template<std::size_t cnt, std::size_t N>
static constexpr auto get_evens(const std::array<int, N>& arr) {
    std::array<int, cnt> result{};
    int idx = 0;
    invoke_if (arr, is_even, [&result, &idx](const auto& val){ result[idx++] = val;});
    return result;
}

int main() {
    // constexpr std::array<int, 5> arr{11, 22, 33, 44, 55};
    for (const int i:get_evens<count_evens(arr)>(arr)) {
        std::cout << i << " " << std::endl;
    }
}

это работает в g ​​++, но в clang мы получаем проблему, потому что begin на array неправильно constexpr с хотя бы одной библиотекой. Или, может быть, g ++ нарушает стандарт, а clang - нет.

template<auto t0, auto...ts>
struct ct_array:
  std::array<decltype(t0) const, 1+sizeof...(ts)>,
  std::integer_sequence<decltype(t0), t0, ts...>
{
  ct_array():std::array<decltype(t0) const, 1+sizeof...(ts)>{{t0, ts...}} {};
};

template<class target, auto X>
struct push;
template<auto X>
struct push<void, X>{using type=ct_array<X>;};
template<auto...elems, auto X>
struct push<ct_array<elems...>, X>{using type=ct_array<elems...,X>;};
template<class target, auto X>
using push_t= typename push<target, X>::type;

template<class target>
struct pop;
template<auto x>
struct pop<ct_array<x>>{using type=void;};
template<auto x0, auto...xs>
struct pop<ct_array<x0, xs...>>{using type=ct_array<xs...>;};
template<class target>
using pop_t=typename pop<target>::type;

template<class lhs, class rhs, class F, class=void>
struct transcribe;
template<class lhs, class rhs, class F>
using transcribe_t = typename transcribe<lhs, rhs, F>::type;

template<auto l0, auto...lhs, class rhs, class F>
struct transcribe<ct_array<l0, lhs...>, rhs, F,
  std::enable_if_t<F{}(l0) && sizeof...(lhs)>
>:
  transcribe<pop_t<ct_array<l0, lhs...>>, push_t<rhs, l0>, F>
{};
template<auto l0, auto...lhs, class rhs, class F>
struct transcribe<ct_array<l0, lhs...>, rhs, F,
  std::enable_if_t<!F{}(l0) && sizeof...(lhs)>
>:
  transcribe<pop_t<ct_array<l0, lhs...>>, rhs, F>
{};
template<auto lhs, class rhs, class F>
struct transcribe<ct_array<lhs>, rhs, F, void>
{
  using type=std::conditional_t< F{}(lhs), push_t<rhs, lhs>, rhs >;
};
template<class lhs, class F>
using filter_t = transcribe_t<lhs, void, F>;

// C++20
//auto is_even = [](auto i)->bool{ return !(i%2); };
struct is_even_t {
  template<class T>
  constexpr bool operator()(T i)const{ return !(i%2); }
};
constexpr is_even_t is_even{};

template<auto...is>
static constexpr auto get_evens(ct_array<is...>) {
  return filter_t< ct_array<is...>, decltype(is_even) >{};
}

Живой пример.

Код теста:

auto arr = ct_array<11, 22, 33, 44, 55>{};
for (const int i : get_evens(arr)) {
    std::cout << i << " " << std::endl;
}