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C++ 禁忌黑魔法：STMP （上）
内容提要
本文探讨了 C++ 中的状态元编程（STMP），即在编译期改变全局状态的能力。通过编译器宏和模板技巧，展示了如何实现编译期计数器和状态观察，讨论了友元函数的作用及绕过访问权限限制的方法，并提供了相关代码示例，强调了 C++20 的新特性和潜在的编译器行为。
关键要点
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传统 C++ 的常量表达式求值不改变程序全局状态，属于纯函数式。
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状态元编程 (STMP) 允许在编译期改变全局状态，使用编译器宏和模板实现。
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C++20 引入的新特性使得实现编译期计数器和状态观察成为可能。
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通过友元函数可以绕过访问权限限制，改变全局状态。
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使用 SFINAE 或 requires 可以检测类的完整性，观察编译期状态变化。
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模板显式实例化可以访问类的私有成员，提供了新的操作空间。
延伸解读
状态元编程的潜在风险
状态元编程（STMP）虽然提供了在编译期改变全局状态的能力，但也带来了潜在的风险。使用不当可能导致ODR（One Definition Rule）违背，进而引发难以调试的错误。因此，在实际应用中，开发者需谨慎评估其使用场景，确保代码的可维护性和可读性。
C++20的新特性与STMP的结合
C++20引入的新特性为状态元编程提供了更多可能性，例如constexpr和模板的改进。这些特性使得编译期计数器和状态观察的实现变得更加灵活。然而，开发者在使用这些新特性时，需注意其复杂性，避免因过度使用而导致代码难以理解。
友元函数的特殊作用
友元函数在STMP中扮演着重要角色，它允许在不同作用域中访问类的私有成员。这种特性可以被用来绕过访问权限限制，改变全局状态。然而，使用友元函数时需谨慎，因为它可能导致代码的封装性降低，增加潜在的安全隐患。
延伸问答
什么是状态元编程 (STMP)？
状态元编程 (STMP) 是在编译期改变全局状态的能力，允许通过编译器宏和模板实现状态的变化。
C++20 中有哪些新特性支持编译期计数器的实现？
C++20 引入的新特性使得实现编译期计数器和状态观察成为可能，允许更灵活的模板编程。
如何通过友元函数改变全局状态？
友元函数可以在不同作用域中访问类的私有成员，从而改变全局状态，允许在模板实例化时添加函数定义。
什么是 SFINAE，如何在编译期检测类的完整性？
SFINAE（Substitution Failure Is Not An Error）允许在编译期检测类的完整性，通过检测 sizeof(T) 来判断类型是否完整。
如何使用模板显式实例化访问类的私有成员？
通过模板显式实例化，可以忽略访问权限检查，从而合法访问类的私有成员。
STMP 的潜在风险是什么？
STMP 可能导致 ODR（One Definition Rule）违背，因此在使用时需要谨慎。
