当 constexpr 函数出错时会发生什么？

Question

我了解到 constexpr 函数在编译时求值。但是看看这个例子：

constexpr int fac(int n)
{
    return (n>1) ? n*fac(n-1) : 1;
}


int main()
{
    const int a = 500000;
    cout << fac(a);
    return 0;
}

显然这段代码会抛出错误，但由于 constexpr 函数是在编译时求值的，为什么我在编译和 link 时看不到错误？

进一步，我发现assembled 这段代码，结果发现这个函数没有被评估，而是作为一个普通函数被调用：

(gdb) x/10i $pc
=> 0x80007ca <main()>:  sub    [=11=]x8,%rsp
   0x80007ce <main()+4>:        mov    [=11=]x7a11f,%edi
   0x80007d3 <main()+9>:        callq  0x8000823 <fac(int)>
   0x80007d8 <main()+14>:       imul   [=11=]x7a120,%eax,%esi
   0x80007de <main()+20>:       lea    0x20083b(%rip),%rdi        # 0x8201020 <_ZSt4cout@@GLIBCXX_3.4>
   0x80007e5 <main()+27>:       callq  0x80006a0 <_ZNSolsEi@plt>
   0x80007ea <main()+32>:       mov    [=11=]x0,%eax
   0x80007ef <main()+37>:       add    [=11=]x8,%rsp
   0x80007f3 <main()+41>:       retq

但是，如果我这样调用 fac(5):

constexpr int fac(int n)
{
    return (n>1) ? n*fac(n-1) : 1;
}


int main()
{
    const int a = 5;
    cout << fac(a);
    return 0;
}

assemble代码变成：

(gdb) x/10i $pc
=> 0x80007ca <main()>:  sub    [=13=]x8,%rsp
   0x80007ce <main()+4>:        mov    [=13=]x78,%esi
   0x80007d3 <main()+9>:        lea    0x200846(%rip),%rdi        # 0x8201020 <_ZSt4cout@@GLIBCXX_3.4>
   0x80007da <main()+16>:       callq  0x80006a0 <_ZNSolsEi@plt>
   0x80007df <main()+21>:       mov    [=13=]x0,%eax
   0x80007e4 <main()+26>:       add    [=13=]x8,%rsp
   0x80007e8 <main()+30>:       retq

fac 函数在编译时求值。

有人能解释一下吗？

编译命令：

g++ -Wall test.cpp -g -O1 -o test

以及 g++ 版本 7.4.0、gdb 版本 8.1.0

Answer 1

I learnt that constexpr functions are evaluated at compile time

不，constexpr 可以在编译时求值，也可以在运行时求值。

进一步阅读：

Difference between `constexpr` and `const`
https://en.cppreference.com/w/cpp/language/constexpr

Apparently this code would throw an error

不，没有抛出任何错误。对于大输入，结果会溢出，这是未定义的行为。这并不意味着将抛出或显示 error。这意味着任何事情都可能发生。当我说什么的时候，我的意思是什么。该程序可能会崩溃、挂起、出现奇怪的结果、显示奇怪的字符，或者任何字面意思。

进一步阅读：

而且，正如 nathanoliver

所指出的

when invoked in a constant expression, a constexpr function must check and error out on UB http://coliru.stacked-crooked.com/a/43ccf2039dc511d5

也就是说编译时不能有任何UB。在运行时是UB，在编译时是硬错误。

Answer 2

constexpr表示它可以在编译时求值，而不是说它会在编译时求值。如果您在需要编译时常量（例如数组的大小）的地方使用它，编译器将被迫在编译时进行评估。

另一方面，对于小值，例如 g++ 足够智能以计算结果编译时间（即使没有 constexpr）。

例如：

int fact(int n) {
    return n < 2 ? 1 : n*fact(n-1);
}

int bar() {
    return fact(5);
}

g++ -O3 为 bar 生成的代码是：

bar():
    mov     eax, 120
    ret

请注意，溢出调用堆栈（例如无限递归或过度递归）甚至溢出有符号整数算法在 C++ 中是未定义的行为，任何事情都可能发生。这并不意味着你会得到一个很好的 "error" 甚至是一个段错误......但任何事情都可能发生（包括，不幸的是，没有明显的）。基本上这意味着编译器的作者可以忽略处理这些情况，因为你不应该犯这种错误。

当 constexpr 函数出错时会发生什么？

What happens when there's an error in constexpr function?

c++

constexpr

c++11