引用的列表初始化：GCC或Clang正确吗？

Question

给定以下示例：

int g_i = 10;
struct S {
    operator int&(){ return g_i; }
};

int main() {
    S s;
    int& iref1 = s; // implicit conversion

    int& iref2 = {s}; // clang++ error, g++ compiles fine:
                      // `s` is converted
                      // to a temporary int and binds with
                      // lvalue reference

    int&& iref3 = {s}; // clang++ compiles, g++ error:
                       // cannot bind rvalue reference
                       // to lvalue
}

错误已经在注释中描述过了。
使用了gcc 8.2.1和clang 7.0.1，两者对此示例的操作存在分歧。能否请有人澄清一下情况？

在列表初始化中:

否则，如果初始化程序列表只包含一个类型为E的元素，并且T不是引用类型或其引用类型与E相关联，则该对象或引用从该元素处进行初始化（对于拷贝列表初始化采用拷贝初始化，对于直接列表初始化采用直接初始化）；如果需要将元素转换为T，则程序发生错误。

否则，如果T是引用类型，则生成所引用类型的prvalue。 prvalue通过拷贝列表初始化或直接列表初始化来初始化其结果对象，这取决于引用的初始化方式。然后使用prvalue来直接初始化引用。[注意：通常情况下，如果引用类型是非const类型的左值引用，则绑定将失败，程序将不合法。— end note]

在引用初始化中：

给定类型“cv1 T1”和“cv2 T2”，如果T1与T2相同，或者T1是T2的基类，则“cv1 T1”与“cv2 T2”相关联。“cv1 T1”与“cv2 T2”引用兼容，如果
- T1与T2关联引用，或者
- T2为“noexcept function”，T1为“function”，其中函数类型是其它情况下相同的，

...稍后出现了一些（个人模棱两可的）关于用户定义转换的语言：

例如:

如果引用是左值引用并且初始化表达式
...
具有一个类类型（即，T2是类类型），其中T1与T2不相关，并且可以转换为类型“cv3 T3”的左值，其中“cv1 T1”与“cv3 T3”引用兼容（通过枚举适用的转换函数（[over.match.ref]）并通过重载分辨率选择最佳函数来选择该转换），
...
则引用绑定到转换的... 值结果

...

否则，如果初始化表达式
...
具有类类型 (即 T2 是类类型)，其中 T1 与 T2 不相关联，并且可以转换为类型“cv3 T3”的 rvalue 或函数 lvalue，其中“cv1 T1”与“cv3 T3”兼容
... 那么第二种情况下的转换结果的值称为转换后的初始化程序。如果转换后的初始化程序是 prvalue，则将其类型 T4 调整为类型“cv1 T4”

否则：
- 如果 T1 或 T2 是类类型，并且 T1 与 T2 不相关联，则使用对象类型“cv1 T1”的复制初始化的用户定义转换考虑规则...根据非引用复制初始化的描述，调用转换函数的结果随后用于直接初始化引用。 对于此直接初始化，不考虑用户定义的转换。

否则，将隐式将初始化表达式转换为类型为“cv1 T1”的 prvalue。 进行暂时材料化转换，然后将引用绑定到结果。

这些规则非常微妙，我无法完全掌握每种情况。对我来说，似乎应该生成 prvalue（我同意 clang 的观点），但关于引用初始化和列表初始化的交互的语言非常模糊。

- Mike Lui

Answer 1

让我们按正确的顺序阅读标准，以便了解哪些部分适用于手头的情况。

[dcl.init]/17说：

初始化程序的语义如下...如果初始化程序是一个（非括号）花括号初始化列表或者是“=花括号初始化列表”，则对象或引用将进行列表初始化（11.6.4）...

因此，我们进入[dcl.init.list]（11.6.4）。第3段说：

类型为T的对象或引用的列表初始化定义如下：（...不适用的情况已从此引语中省略...）否则，如果初始化程序列表具有类型为E的单个元素，并且T不是引用类型或其引用类型与E相关，则生成类型为E的prvalue...否则，如果T是引用类型，则生成类型由T引用的prvalue。prvalue通过复制列表初始化或直接列表初始化对其结果对象进行初始化，具体取决于引用的初始化方式。然后使用prvalue对引用进行直接初始化。[注意：如果引用类型是非const类型的lvalue引用，则像往常一样，绑定将失败，程序将无效。-结束注释]

根据[dcl.init.ref]/4：

给定类型“cv1 T1”和“cv2 T2”，如果T1与T2相同或T1是T2的基类，则“cv1 T1”与“cv2 T2”是相关的。

因此，在您的代码中，引用类型int与初始化程序列表中的类型S不相关。因此，根据[dcl.init.list]/3，将生成类型为int的prvalue，并且它采用int{s}的形式。正如注释所说，在iref2的情况下，程序无效，因为它试图将非const lvalue引用绑定到prvalue。在iref3的情况下，程序应该编译，因为iref3正在绑定到prvalue结果int{s}。

- Brian Bi