c++ - 具有可变成员的 constexpr 对象

Question

我想到了这个类:

class Point
{
public:
    int X, Y;
    mutable int Z;

    constexpr Point(int x, int y) :X (x), Y(y), Z(0)
    { }

    constexpr int GetX() const
    {
        // Z++; // Wont compile, but following expression is valid!
        return X+Z;
    }

    int GetY() const
    {
        Z++;
        return Y;
    }

    void FoolConst() const
    {
        Z++;
    }
};

这里是用法:

template<int S>
void foo()
{
    std::cout << S << std::endl;
}

int main()
{   
    constexpr Point pt(10, 20);

    pt.FoolConst();

    char arr[pt.GetX()]; // Both compile, but GCC is using extended `new`

    foo<pt.GetX()>(); // GCC fails, VC compiles

    std::cout << sizeof(arr); // 10 (MSVC), 11 (GCC)
    std::cout << pt.GetX();  // 11 (MSVC), 11(GCC)
}

问题:

• 为什么 GetX 使用 X+Z 作为返回表达式编译得很好(Z 不是 constexpr)。
• 如何从 constexpr 对象 (pt) 中调用 FoolConst 和 GetY 方法？
• main 中GetX 的行为在编译器中是不同的。 MSVC 使用 int 作为模板参数可以很好地编译，而 GCC ( IdeOne ) 不会编译它。

对于一个编译器，constexpr GetX 是真正的 constexpr，但对于其他编译器，如果涉及 X+Z，则不是。如果我删除 +Z 并简单地 return X GCC 没问题。

我的问题很基本:如果对象是 constexpr，它如何调用非 constexpr 方法？

Answer 1

常量表达式不能访问可变子对象。这是在 [expr.const]/2 中:

A conditional-expression e is a core constant expression unless the evaluation of e, following the rules of the abstract machine (1.9), would evaluate one of the following expressions: [...]

• an lvalue-to-rvalue conversion (4.1) unless it is applied to [...]
  • a non-volatile glvalue that refers to a non-volatile object defined with constexpr, or that refers to a non-mutable sub-object of such an object [...]

所以 GetX不能在常量表达式中使用，例如作为模板参数 foo<pt.GetX()>() .

回答您的具体问题:

• Why GetX is compiling well with X+Y as return expression (Z is not constexpr).

编译器不需要检查 constexpr 函数(包括成员函数)在定义时是否完全有效，只有在使用时才需要。它确实需要检查一些事情，比如不使用 goto [dcl.constexpr]/3，但它不必检查定义访问的对象。这是因为 constexpr 函数是否可以在常量表达式中使用取决于其参数的值。

事实上，因为GetX无条件访问Z ，您的程序根据 [dcl.constexpr]/5 严格具有未定义的行为:

For a non-template, non-defaulted constexpr function or a non-template, non-defaulted, non-inheriting constexpr constructor, if no argument values exist such that an invocation of the function or constructor could be an evaluated subexpression of a core constant expression (5.19), the program is ill-formed; no diagnostic required.

“格式错误；无需诊断”是另一种表示程序行为未定义的方式。

• How can I call FoolConst and GetY methods out of constexpr object (pt) ?

那绝对没问题；声明的对象 constexpr只是一个const从非对象的角度constexpr该对象的成员函数。

• The behaviour of GetX in main is different in compilers. MSVC compiles fine with a int as template argument, while GCC (IdeOne) won't compile it.

不幸的是，两个编译器都是正确的；你的程序在 GetX 的定义中有未定义的行为，因此编译器没有单一的正确行为。