Почему std::array не является постоянным выражением, когда он является входом шаблонной функции/универсальной лямбды?

Проблема в [expr.const]/5.12:

5 - Выражение E является основным константным выражением, если только вычисление E, следуя правилам абстрактной машины ([intro.execution]), не будет оценивать одно из следующего: [...]

• (5.12) id-выражение, которое ссылается на переменную или член данных ссылочного типа, если ссылка не имеет предшествующей инициализации и либо
  • (5.12.1) его можно использовать в постоянных выражениях или
  • (5.12.2) его время жизни началось при оценке E;

Поскольку переменная array является ссылкой, ее нельзя вычислять (внутри выражения array.size()), даже если вычисление фактически ничего не делает.

Передача array по значению (const или не const) делает код действительным:

constexpr auto print_size = [](auto const array){
    constexpr auto size = array.size(); // ok
    std::cout << size << '\n';
};

Но использование ссылки на этот параметр в следующей строке недопустимо:

constexpr auto print_size = [](auto const arr){
    auto const& array = arr;
    constexpr auto size = array.size(); // error
    std::cout << size << '\n';
};

Обратите внимание, что gcc 9 неправильно принимает этот код; только с версии 10 gcc понимает это правильно.

gcc 10 по-прежнему не соответствует требованиям в соответствующей области; он принимает вызов функции-члена static constexpr для ссылки. Использование статического члена ссылки constexpr в качестве аргумента шаблона Это неверно, и clang правильно отклоняет его:

struct S { static constexpr int g() { return 1; } };
void f(auto const& s) {
    constexpr auto x = s.g(); // error
    constexpr auto y = decltype(s)::g(); // ok
}
int main() { f(S{}); }

Приложение: это может измениться в будущем, согласно документу P2280R1.

Я смотрел презентацию 2014 Metaprogramming with Boost.Hana: Unifying Boost.Fusion и Boost.MPL, где Луиза Дион затрагивает эту тему и объясняет, что @super говорит мне в комментариях, но я не понимаю.

Это моя переформулировка этой концепции: не существует такой вещи, как параметр функции constexpr, поэтому всякий раз, когда лямбда (фактически лежащая в ее основе operator()) создается для данного типа array, это единственное создание должно работать как для constexpr и не-constexpr аргументы этого типа.

Как говорит Луи Дионн в связанной презентации,

[…] вы не можете сгенерировать constexpr внутри функции, если она зависит от параметра […] тип возвращаемого значения функции может зависеть только от типов ее аргументов, а не от их значений […]

Это дает способ обойти проблему. Используйте тип array без использования значения array:

constexpr auto print_size = [](auto const& array){
    using array_type = decltype(array);
    constexpr auto size = array_type{}.size();
    std::cout << size << '\n';
};

что, я думаю, по сути ничем не отличается от того, что @Jarod42 предложил в комментарии:

Вы можете использовать constexpr auto size = std::tuple_size<std::decay_t<decltype(array)>>::value

В дополнение, я еще немного поигрался, потому что меня беспокоило последнее: размер std::array не является частью значения, но является частью типа, так почему я не могу вызвать size функцию-член в contexprs? ? Причина в том, что std::array<T,N>::size(), к сожалению, не является статическим. Если бы это было так, его можно было бы назвать так, как в строке комментариев ниже (struct A для сравнения):

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

template<std::size_t N>
struct A {
    static constexpr std::size_t size() noexcept { return N; }
};
constexpr auto print_size = [](auto const& array){
    constexpr auto size = std::decay_t<decltype(array)>::size();
    std::cout << size << '\n';
};

int main() {
    //print_size(std::array<int,3>{{1,2,3}});
    print_size(A<3>{});
}