constexpr 数组成员是否编译时间常数？

Question

是代码片段

struct Parameters {
   static constexpr int n = 2;
   static constexpr double v[n] = {4.0, 5.0};
};

合法的 C++11？如果是这样，Parameters::v[0] 和 Parameters::v[1] 是编译时常量还是只是指针 Parameters::v 本身是 constexpr（在编译时意味着什么）？

如您所见，我通常对constexpr 数组及其在类/结构中的初始化有点困惑。请随时回答我的具体问题，还可以提及有关此主题的常见陷阱等。

Answer 1

我认为构造没有问题。引用 C++11，[dcl.constexpr]:

§1 constexpr 说明符仅适用于变量的定义、函数的声明或 函数模板，或文字类型（3.9）的静态数据成员的声明。 ...

§9 对象声明中使用的constexpr 说明符将对象声明为const。这样的对象应具有 文字类型并且应该被初始化。如果它由构造函数调用初始化，则该调用应为常量 表达式（5.19）。否则，或者如果在引用声明中使用了 constexpr 说明符，则每个完整表达式 出现在其初始化程序中的应该是一个常量表达式。中使用的每个隐式转换 转换初始化表达式和用于初始化的每个构造函数调用应该是其中之一 允许在常量表达式中 (5.19)。

double 是文字类型，文字类型数组也是如此。这意味着您的代码中的v[0] 和v[1] 确实是常量表达式。

Answer 2

struct Parameters {
  static constexpr int n = 2;
  static constexpr double v[n] = {4.0, 5.0};
};

int main() {
  constexpr int a = Parameters::v[0];
  return 0;
}

gcc 4.8.2 上的这段代码编译成以下内容：

0000000000000000 <main>:
   0:   55                      push   rbp
   1:   48 89 e5                mov    rbp,rsp
   4:   c7 45 fc 04 00 00 00    mov    DWORD PTR [rbp-0x4],0x4
   b:   b8 00 00 00 00          mov    eax,0x0
  10:   5d                      pop    rbp
  11:   c3                      ret 

是的，它是一个编译时间常数。

clang 3.4 产生类似的代码：

0000000000000000 <main>:
   0:   55                      push   rbp
   1:   48 89 e5                mov    rbp,rsp
   4:   b8 00 00 00 00          mov    eax,0x0
   9:   c7 45 fc 00 00 00 00    mov    DWORD PTR [rbp-0x4],0x0
  10:   c7 45 f8 04 00 00 00    mov    DWORD PTR [rbp-0x8],0x4
  17:   5d                      pop    rbp
  18:   c3                      ret

同样，它是一个编译时间常数。

一切都是用 -O0 编译的。

P.S.：如果 a 被声明为 const，那么对于 gcc 没有任何变化，但对于 clang，值 4 不会像编译时常量一样直接移动。

如果 a 既未声明 const 也未声明 constexpr，则两个编译器都无法将 Parameters::v[0] 视为编译时间常数。

Answer 3

struct Parameters {
   static constexpr int n = 2;
   static constexpr double v[n] = {4.0, 5.0};
};

据我所知，这个片段本身当然是合法的。 C++11 标准的第 7.1.5 [dcl.constexpr] 节说

constexpr 说明符仅适用于……文字类型的静态数据成员的声明

而文字类型在3.9中定义：

一个类型是文字类型，如果它是：

——标量类型；或者...

——文字类型的数组

所以，据我所知，static constexpr double v[2] = { ... } 肯定是有效的。

至于数组的成员是否为constexpr...我不确定。如果我们声明

constexpr double d = Parameter::v[1];

然后 g++ 和 clang 都可以编译它，但是 clang 版本无法链接到对 Parameters::v 的未定义引用。我不知道这是否指向 Clang 错误，或者构造是否无效。