decltype(foo(1))是否应该实例化constexpr函数模板foo？

Question

以下代码在gcc和MSVC上编译通过，但是在clang上失败了（我测试了clang-3.5和当前的主干版本）。

template <typename T>
constexpr auto wrong = false;

template <typename T>
constexpr auto foo(const T t) -> int
{
  static_assert(wrong<T>, "");
  return {};
}

using F = decltype(foo(1));

int main() {}

clang在实例化函数体时遇到了static_assert。gcc和MSVC只看函数声明，忽略函数体中的static_assert。

如果移除constexpr，所有编译器都可以正常编译代码。

问题：
如果返回类型已声明，是否允许decltype查看函数体？

我正在寻找标准中相应部分的参考文献。

- Rumburak

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我认为更好的提问方式是：decltype是否会触发模板实例化？ - Ryan Haining

@BoPersson编译器在不实例化主体的情况下无法判断。可能存在一个wrong的特化是true的情况。 - Rumburak

在大多数情况下，它不会。正如问题中所写的那样：如果您删除constexpr，则没有编译器实例化该函数体。 - Rumburak

如果一段代码只有函数模板的声明而没有定义，但是可以编译通过，那么根据"[temp.inst]/3"，函数模板特化会在需要存在函数定义的上下文中隐式实例化。这似乎意味着，如果一个代码片段只需使用函数模板的声明就能编译通过，而不需要函数模板的定义，则该代码片段不应触发隐式实例化。然而，Clang违反了这个规则 - 可以仅使用声明编译，但使用定义时会失败。在我这个外行人的眼中看来，这似乎是一个错误。 - Igor Tandetnik

在搜索clang错误数据库时，我发现这个主题存在一个未解决的核心问题：http://www.open-std.org/jtc1/sc22/wg21/docs/cwg_active.html#1581 - Rumburak

Answer 1

历史: 如评论所述，此问题是在CWG issue 1581中提出的。在isocpp.org thread中，Columbo认为代码是有效的，因为模板永远不会在未求值的操作数中实例化，然而on a clang bug report，“rsmith”反驳说一些decltype表达式确实需要模板实例化。

Clang线程通过提出自己的（非标准）标准来临时解决了这个问题，判断何时decltype将实例化一个constexpr模板。从4.0版本开始，Clang成功编译了这段代码。

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Richard Smith于2017年11月开始着手解决此问题，使用P0859增加了新的文本到[expr.const]中，实现了如上所述的clang行为：

如果表达式满足以下条件，则该表达式是潜在常量求值：

• 一个潜在求值表达式（[basic.def.odr]），
• 一个约束表达式，包括由requires-clause的constraint-logical-or-expression形成的约束表达式，
• 大括号初始化列表的直接子表达式[注脚：可能需要常量求值来确定是否执行了缩小转换（[dcl.init.list]）]，
• 模板实体内发生的形式为& cast-expression的表达式[注脚：可能需要常量求值来确定这种表达式是否具有值依赖性（[temp.dep.constexpr]）]，或者
• 上述表达式之一的子表达式不是嵌套未求值操作数的子表达式。

如果函数或变量：

• 是通过可能被常量求值的表达式（[basic.def.odr]）命名的constexpr函数，或者
• 其名称出现在可能被常量求值的表达式中，该表达式是constexpr变量，或者是非易失性const限定的整数类型或引用类型。

则需要进行常量求值。并修改[temp.inst]以表示模板特化将被实例化，如果其定义影响程序的语义，即使它实际上不需要这样做，也需要进行常量求值，如上所述。

ODR已经修改以避免Columbo的反对意见。

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推荐的更改在N4727中出现，这是一个C++17之后的草案。因此，即使P0859链接和CWG缺陷列表尚未说明，我认为它们已经被接受了。

在这些更改下，你的代码decltype(foo(1))，表达式foo(1)不是“潜在常量求值”（因为它不匹配上述任何一条），因此模板不应该被实例化，代码应该编译成功，需要进行修改以避免[dcl.constexpr]/6。

（C++17 dcl.constexpr/6表示，如果没有有效的特化，则模板是不合法的NDR；对于foo来说是正确的，但可以通过添加template <> constexpr auto wrong<float> = true;来修复这个问题）。

- M.M