为什么使用成员数组调用constexpr函数不是常量表达式？

Question

我有以下辅助函数：

template<typename T, std::size_t N>
constexpr std::size_t Length(const T(&)[N]) {
    return N;
}

返回静态数组的长度。过去这总是有效的，但当我执行以下操作时：

struct Foo
{
    unsigned int temp1[3];
    void Bar()
    {
        constexpr std::size_t t = Length(temp1); // Error here
    }
};

我在使用MSVS 2017时遇到了错误：

error C2131: expression did not evaluate to a constant

note: failure was caused by a read of a variable outside its lifetime

note: see usage of 'this'

我希望有人能够解释一下我做错了什么。

- James Nguyen

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虽然无关紧要，但你最好也将 Length 标记为 noexcept - 没有任何合理的情况会导致它抛出异常。 - Jesper Juhl

在gcc上似乎工作正常。 - super

在我看来，这似乎是MSVC的一个bug。这应该是一个常量表达式，我不明白为什么它不是。 - SergeyA

@super：不，它在GCC中不起作用：http://coliru.stacked-crooked.com/a/927ce1d01daf819e。GCC没有`-pedantic-errors`可能会允许它，因为它支持C++中的VLA。但是，在C++17 GCC中使用-pedantic-errors也会失败。 - AnT stands with Russia

@JesperJuhl 对不起，版本14.14.26428。 - James Nguyen

Answer 1

MSVC是正确的。 Length（temp1）不是一个常量表达式。 参见[expr.const]p2

表达式e是核心常量表达式，除非根据抽象机器的规则，e的评估将评估以下表达式之一：

• this，除非在constexpr函数或作为e的一部分正在评估的constexpr构造函数中；

temp1隐式地评估了this（因为您正在引用this->temp1），因此您没有常量表达式。 gcc和clang接受它，因为它们支持作为扩展的VLA（尝试使用-Werror = vla或-pedantic-errors编译）。

为什么不允许这样做？ 好吧，您可以访问底层元素并可能修改它们。 如果您处理的是constexpr数组或正在评估为常量表达式的数组，则完全可以，但如果不是，则不可能拥有常量表达式，因为您将操作设置为运行时的值。

- Rakete1111

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如果您想使用GCC测试代码的标准有效性，那么在其众多扩展之间小心翼翼地使用狭窄针对性的“-Werror=vla”选项并没有太多意义。在这种情况下，正确的选项组合是“-std=...”和“-pedantic-errors”。 - AnT stands with Russia

我完全同意禁用扩展通常是应该采取的方式，但我们在这里特别讨论VLA，所以我想提一下-Wvla警告选项。此外，有时候为了实际操作需要，消除代码库中的扩展必须逐个进行。 - Jesper Juhl

你的回答听起来有点绕... 我认为直接回答这个问题的方式应该是 "编译器没有考虑到你忽略实际元素值的事实，这些值不是常量表达式"。 - user541686

@Jesper Juhl：是的，我总体上同意。我只是想说，在这种特定情况下，如果我在GCC中没有使用-pedantic-errors编译，我甚至不会收到警告。完全没有任何提示。也就是说，我没有理由怀疑有什么问题，更不用担心像VLA这样具体的问题。 - AnT stands with Russia

@Mehrdad 这听起来像是一个实现质量问题。但是，如果编译器在不发出任何诊断消息的情况下接受了这段代码，那么从技术上讲，它是不正确的。 - aschepler

@aschepler：嗯...我不是那么看，但好吧。 - user541686

Answer 2

Length(decltype(temp1){})

看起来可行。

不幸的是，我无法发表评论，但是Mehrdad的解决方案是错误的。原因：虽然它不是技术上未定义行为，但实际上它确实是未定义行为。在constexpr求值期间，编译器必须捕获未定义行为。因此，代码存在问题。

- Mi-He

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代码格式有误，正如我上面的链接所示：gcc 拒绝它。因此，没有扩展名。 - Mi-He

Answer 3

您的问题已经得到解答，但是在如何“修复”它方面，一个快速而简单的方法是将其替换。

Length(temp1)

使用

Length(*(true ? NULL : &temp1))

我认为这在技术上是未定义的行为，但在实践中对于MSVC来说应该可以正常工作。

如果您需要一个能够在UB情况下正常工作的解决方案，您可以将Length更改为使用指针：

template<typename T, std::size_t N>
constexpr std::size_t Length(const T(*)[N]) {
    return N;
}

然后您可以使用Length(true ? NULL : &temp1)。

- user541686

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它更像是一个扩展而不是UB吗？因为在常量表达式中的UB会导致不合法，但实现可以通过扩展来规避这个问题。 - Rakete1111

@Rakete1111：这似乎是有道理的，但我真的不知道。我只是试图提供一个解决方法，以防有人需要让代码工作（我已经在MSVC上测试过了）。 - user541686