constexpr 表达式和变量生命周期，g++ 和 clang 不一致的例子

Question

考虑简单的 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

编译成功

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。我已经用 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++和clang哪个对？有什么问题？

Answer 1

我的解释是clang++是对的，g++太宽松了。

我们可以在标准 https://isocpp.org/std/the-standard (draft can be downloaded, attention big PDF! 中找到一个相似的示例（[expr.const] 部分，第 126 页）。

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

    return x; 
}

其中解释说：

error: incr(k) is not a core constant expression because lifetime of k began outside the expression incr(k)

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); }

Answer 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常量表达式，因为您只使用模板参数，而不是对象本身。由于您不在 constexpr 函数中使用该对象，因此应该没有禁止编译时评估的内容。

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修复方法。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); }

这是一个live example

或者，您也可以复制 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

constexpr 表达式和变量生命周期，g++ 和 clang 不一致的例子

constexpr expression and variable lifetime, an example where g++ and clang disagree

c++

g++

c++11

clang++