constexpr 表达式和变量生存期，一个 g++ 和 clang 不一致的例子

Posted 2023-02-17

【中文标题】constexpr 表达式和变量生存期，一个 g++ 和 clang 不一致的例子

【英文标题】：constexpr expression and variable lifetime, an example where g++ and clang disagree

【发布时间】：2017-11-13 17:16:20

【问题描述】：

考虑一下简单的 C++11 代码：

template<int N>
struct Foo ;

template <int N>
constexpr int size(const Foo<N>&)  return N; 

template <int N>
void use_size(const Foo<N>& foo)  constexpr int n = size(foo); 

int main()

    Foo<5> foo;

    constexpr int x = size(foo);  // works with gcc and clang
                                  // _but_
    use_size(foo);                // the same statement in the use_size() 
                                  // function _only_ works for gcc

我可以用g++ -std=c++11 foo.cpp成功编译它

但是，如果我使用 clang++，clang++ -std=c++11 foo.cpp 我会得到

foo.cpp:15:28: error: constexpr variable 'n' must be initialized by a constant expression
void use_size(const Foo<N>& foo)  constexpr int n = size(foo); 
                                                     ~~~~~^~~~
foo.cpp:23:5: note: in instantiation of function template specialization 'use_size<5>' requested here
    use_size(foo);                // the same statement in the use_size() 
    ^
1 error generated.

（nb：编译器版本。我用 g++ 版本 5.3.1 和 7.2.1 以及 clang++ 版本 3.6.2 和 5.0.0 检查了前面的语句）

我的问题： g++ 或 clang 哪个是正确的？有什么问题？

【参考方案1】：

我的解释是 clang++ 是对的，而 g++ 太放纵了。

我们可以在标准https://isocpp.org/std/the-standard（可以下载草稿，attention big PDF!）中找到一个紧密的示例（[expr.const] 部分，第 126 页）。

constexpr int g(int k)  
    constexpr int x = incr(k); 

    return x; 

其中解释为：

错误：incr(k) 不是核心常量表达式，因为 k 的生命周期开始于表达式 incr(k) 之外

这正是带有foo 参数的use_size() 函数中发生的情况，即使size() 函数仅 使用N 模板参数。

template <int N>
constexpr int size(const Foo<N>&)  return N; 

template <int N>
void use_size(const Foo<N>& foo)  constexpr int n = size(foo); 

【讨论】：

我相信这个答案是正确的。为了增加支持，当 size 和 use_size 的参数的生命周期开始于函数范围内时，Clang 和 MSVC 接受代码：Demo

@AndyG 我不同意，因为引用的非规范示例只是演示了规则 [expr.const] ¶2.7.4 “表达式 e 是 核心常量表达式 i> 除非 ... [it] 将评估... 一个左值到右值的转换，除非... [it] 指的是一个非易失性对象，其生命周期始于对 e" 的评估。该示例是一个错误，因为incr(k) 涉及左值到右值的转换（因为它增加了左值），而size(foo) 没有（因为它只是将左值引用绑定到左值）。 Demo

@Oktalist：感谢您的回复。我更多地考虑 [expr.const] 中的部分内容，即“表达式 e 是核心常量表达式，除非...... [它是] id-expression 引用引用类型的变量或数据成员，除非引用有一个先前的初始化，或者它是用一个常量表达式初始化的，或者它的生命周期在 e 的评估中开始；" OPs 示例处理引用绑定并且是一个错误，因为引用的生命周期未使用常量表达式初始化或以 e 的评估开始

@AndyG 谢谢，我错过了。分歧被撤回。

【参考方案2】：

我原以为 Clang 在这种情况下是错误的。它应该将您的函数调用评估为一个常量表达式，这仅仅是因为您仅使用模板参数，而不是对象本身。由于您没有在 constexpr 函数中使用该对象，因此应该没有什么禁止编译时评估。

但是，标准中有一条规则规定，在常量表达式（例如引用）之前开始其生命周期的对象不能用作 constexpr。

在这种情况下有一个简单的解决方法。我认为它不喜欢参考：

template <int N> // pass by value, clang is happy
void use_size(Foo<N> foo)  constexpr int n = size(foo); 

这是live example

或者，您也可以复制您的 foo 对象并使用该本地对象：

template <int N>
void use_size(const Foo<N>& foo) 
    auto f = foo;
    constexpr int n = size(f);

Live example

【讨论】：

这是我的第一个想法。确实，编译器拥有在编译时知道 n 值所需的一切。但是，我认为由于我在“解释”中提供的原因，该标准禁止这样做。

是的，仔细阅读规则，我认为你是对的。在某些情况下，引用不能很好地与 constexpr 配合使用