在常量表达式上下文中，在定义之前嵌套使用`constexpr`函数调用

Question

据我从这个答案中了解到，如果函数尚未声明，constexpr函数的结果不是常量表达式。令我惊讶的是以下代码片段：

constexpr int f();

constexpr int g() {
    return f();
}

constexpr int f() {
    return 42;
}

int main() {
    constexpr int i = g();
    return i;
}

这段代码可以编译并正常工作。将f的定义移到main函数之后就会触发错误：error: 'constexpr int f()' used before its definition，这是我预料中的。

我猜测它可行是因为在调用g之前已经定义了f，因此两次调用都是常量表达式。

为什么f()和g()看起来是常量表达式，即使f在被g调用时还没有定义？标准如何描述这一点？

我已在Coliru的GCC 6.1.0和Clang 3.8.0上进行了测试。

- Quentin

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5.20/(2.3): “unless ... invocation of an undefined constexpr function” ？ - Kerrek SB

我认为我们应该强调的是constexpr函数只有在被odr-used时才需要定义。因此，即使g()中没有f()的定义，编译器也可以通过简单的声明猜测出g()的主体，但是要实际调用g()，您需要f()的定义，因为调用函数被视为odr-use。所以，是的，给定的答案是有效的，但我认为这就是OP感到困惑的地方。 - KABoissonneault

请参阅CWG2166。 - T.C.

@T.C. 看起来对我来说就是一个答案 :) - Quentin

Answer 1

在使用constexpr之前并不需要定义它。但是，在定义之前调用它的结果不是constexpr。因此，编译器会正确地抱怨，因为您试图使用非常量表达式初始化constexpr变量。

§5.20/p2 常量表达式 [expr.const] (强调我的) :

条件表达式e是核心常量表达式，除非按照抽象机器（1.9）的规则评估e将评估以下表达式之一：

...

(2.3) — 未定义的constexpr函数的调用或未定义的constexpr构造函数；

- 101010

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抱歉，我觉得我的问题没有表达清楚。我的意思是为什么调用实际上是一个常量表达式，即使在调用它的时候f没有被定义？ - Quentin

你的引用可以被解读为允许或者禁止 OP 的代码，不清楚你是如何理解它的，也无法确定这种解读（无论哪种）是否正确。 - user743382

鉴于您的编辑：这仍然留下了一个重要问题未解答。 [dcl.constexpr]p5（“对于非模板，非默认constexpr函数[...]，如果不存在任何参数值使得函数的调用[...]可以成为核心常量表达式（5.19）的评估子表达式，则程序无效；不需要诊断。”）是否允许编译器在定义g之后立即发出错误消息？在定义f之前，没有参数值可以使得g()的评估结果成为常量表达式。 - user743382

@hvd 嗯...我认为这是有争议的，因为“不需要诊断”。 - 101010

我认为 @hvd 已经理解了我想表达的意思 - 当编译 g 时，f() 不能是常量表达式，那么为什么“决定”要延迟到实际调用 g() 时才做出？ - Quentin

@Quentin 在这种情况下，该程序是不规范的，但不需要进行诊断。也就是说，编译器无需发出诊断/错误提示。因此，当您尝试使用非常量表达式初始化 constexpr 时，稍后会出现错误。 - 101010

Answer 2

正如T.C.在他的评论中提到的，这取决于一个缺陷报告。

根据5.20 [expr.const]第2.3条款，表达式是常量表达式，除非（其他原因之一）它会评估

• 未定义的constexpr函数或未定义的constexpr构造函数的调用；

这并没有解决constexpr函数必须在何时定义的问题。为了允许相互递归的constexpr函数，意图是函数必须在最终导致调用的最外层评估之前定义，但这并没有明确说明。

这使得例子是良好形式化的，并且只要在调用g之前定义f，它应该按预期工作。

- Quentin