constexpr、可变成员和隐式复制构造函数

Question

下面的代码在 clang 7+ 中编译通过，但在 c++17 和 c++14 的 clang 5 和 6 中不编译通过。 对于 clang 5 和 6，问题似乎是隐式复制构造函数从可变成员 x 中读取了值。

请问是否整个构造是符合标准的(c++17)，或者程序是非法的？或者隐式复制构造函数有关于标准的变化，这些变化在较早版本的clang中可能没有实现？

struct Foo {

    int a;
    mutable int x{};

    constexpr Foo() : a(0) {}

    //constexpr Foo(const Foo& other) : a(other.a) {} // <- with this line it works on Clang 5 & 6, too
};

struct FooFactory {

    static constexpr auto create() {
        auto f = Foo{};       
        return f;
    }
};

int main() {

    constexpr Foo f = FooFactory::create();
    ++f.x;
}

可以在这里实时查看代码。

- florestan

Answer 1

这是一个规范的 C++17 程序。当然，constexpr 函数可以读取（和写入）非常量变量：

constexpr int f(int i) {
  int j=i;
  ++j;
  return i+j;  // neither is a constant expression
}

规则是：在常量表达式中检查的任何内容必须是一个常量，或者在表达式评估期间其生存期开始。在您的情况下，create 的 f.x 的生存期明显始于 main 的 f 的初始化常量表达式的评估过程中。然而，的确没有任何 Foo 对象可以通过不创建该对象的常量表达式来复制，无论它是否为 constexpr。

唯一可能存在的问题是复制构造函数不是 constexpr，但这些要求非常弱。唯一相关的要求是每个（非变体）成员都被初始化，这肯定已经满足，并且它至少可以在一个常量表达式中使用，这已经得到证明。

- Davis Herring

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非常有趣，谢谢。我提到了从非常量成员读取，因为这是clang 6在this-is-not-a-constant-expression错误后打印的一个注释。 - florestan

Answer 2

代码格式不正确。以下是简化的代码参考，该代码在所有编译器上都无法通过：

struct Foo {
    int a;
    mutable int x{};
    constexpr Foo() : a(0) {}

};

int main() {
    constexpr Foo f;
    constexpr Foo f1 = f;
}

根据 [expr.const] 7.7，

变量在其初始化声明被遇到后，如果它是 constexpr 变量，或者是上述任何一个的非可变子对象或引用成员，则可以在常量表达式中使用。

这使默认复制构造函数不符合条件。

- SergeyA

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Clang 可能不会抱怨 OP 的代码，因为 NRVO 起作用了。添加 constexpr Foo f1 = f; 确实会导致错误。 - HolyBlackCat

不错，这似乎就是原因！谢谢你们！ - florestan

这种简化似乎不等价。constexpr函数并不要求只使用常量表达式。在我看来，原始的工厂函数调用Foo的默认构造函数来创建f，然后使用复制构造函数初始化其返回对象。这两者都不需要f在常量表达式中可用。初始化constexpr Foo f = FooFactory::create()没有直接调用任何构造函数。f是通过调用的评估进行初始化的。因此，f初始化的完整表达式只是对constexpr函数的调用，这是允许的。 - HTNW

这是 [expr.const]/3，而不是7.7，并且是C++20草案的一部分，而不是17，该项目符号不对应于变量，而是对象或引用。 - Davis Herring