c++ - constexpr 函数可能存在错误？

Question

以下代码是否正确使用了 constexpr 函数？它本质上尝试以各种方式访问​​static constexpr成员变量_size。

使用 g++ 编译没有问题，但使用 msvc-2017/2019 和 clang 编译失败。

可通过 godbolt 进行测试的代码示例 here .

<小时/>

如果将 constexpr 函数替换为等效的宏解决方法，则似乎可以(在任何地方)进行编译。取消注释 USE_MACRO_WORKAROUND 进行测试。

对我来说，这似乎表明存在与 constexpr 函数相关的编译器错误？

(由于宏版本有效，这表明编译器应该有足够的编译时信息来处理 constexpr 函数。显然 g++ 可以做到这一点。 ..)

<小时/>

(这个例子只是一个简单的设计。真正的代码是 this library 的一部分)。

#include <cstddef>

//define USE_MACRO_WORKAROUND

template <size_t N = +1>
struct expansion 
{
    size_t static constexpr _size = N ;
    double                  _xdat [ N ] ;
};

#if defined(USE_MACRO_WORKAROUND)

// ugly macro-based hack that's equiv. to compile 
// time foo()...
// does compile everywhere

#define foo(_aa, _bb) _aa._size + _bb._size

#else

// why does this cause problems? works for g++ 7,
// 8, 9, but not msvc, etc

template <size_t NA, size_t NB>
inline size_t constexpr foo (
    expansion <NA> const& _aa,
    expansion <NB> const& _bb
    )
{
    return _aa._size + _bb._size;
}

#endif  //USE_MACRO_WORKAROUND

template <size_t NA, size_t NB>
inline void goo (
    expansion <NA> const& _xx,
    expansion <NB> const& _yy
    )
{   // this will not compile with msvc, reporting
    // C2131: expression did not evaluate to a constant
    expansion<foo(_xx, _yy)> _tt;
}

int main ()
{
    expansion< 2 > _x2;
    expansion< 4 > _x4;

    // this seems to work for both g++ and msvc
    expansion<foo(_x2, _x4)> _x6;

    // via msvc, this leads to the errors above
    goo (_x2, _x4) ;

    return 0;
}

Answer 1

根据 cppreference.com:

Reference variables can be declared constexpr (their initializers have to be reference constant expressions):

该程序的问题在于您尝试在 constexpr 上下文中使用对运行时变量(在 main 开头声明)的引用。尽管在对象内部访问的变量是全局状态(静态)并且在 constexpr 上下文内部，但在这种情况下不能使用这些运行时变量的地址。除了 GCC 9.0 及更早版本之外，我无法使用任何现代编译器来编译您提供的代码。 GCC trunk 编译失败。

我能够使用我们(系统级程序员)可用的最佳工具之一来测试这一点，Matt Godbolt's Compiler Explorer . Simplified example

有趣的是，如果我们决定在调用 goo() 时按值复制它们，那么这些变量似乎可以使用。通过从函数签名中删除 & 符号，我能够让该程序在每个 clang、gcc 和 msvc 的多个版本上进行编译:

#include <cstddef>
#include <iostream>

template <
    size_t N = +1
         >
class expansion
{
public:
    size_t static constexpr _size = N ;

    double                  _xdat [ N ] ;
    size_t                  _xlen = 0 ;
};

template <
    size_t NA, size_t NB
         >
inline size_t constexpr foo (
    expansion <NA> const& _aa,
    expansion <NB> const& _bb
    )
{
    return _aa._size + _bb._size;
}

template <
    size_t NA, size_t NB
         >
inline void goo (
    expansion <NA> const _xx,
    expansion <NB> const _yy
    )
{
    // this will not compile with msvc, reporting
    // C2131: expression did not evaluate to a constant
    size_t
    constexpr _nn = foo(_xx, _yy);

    expansion<_nn> _tt;
}

int main ()
{
    expansion< 2 > _x2;
    expansion< 4 > _x4;

    // this seems to work for both g++ and msvc
    size_t
    constexpr _n6 = foo(_x2, _x4);

    expansion<_n6> _x6;

    // via msvc, this leads to the errors above
    goo (_x2, _x4) ;

    std::cout << _n6 << std::endl;

    return 0;
}

编辑:

因为我无法确认这是否是一个编译器错误，(因为我无法重现你所说的结果)，我希望我能够帮助你使用你提供的代码，因为我假设这是您遇到过的合法用例。