关于在需要常量表达式的上下文中使用的泛左值常量表达式的问题答案

【问题标题】：The question about a glvalue constant expression used in a context that requires a constant expression关于在需要常量表达式的上下文中使用的泛左值常量表达式的问题
【发布时间】：2020-05-21 02:25:34
【问题描述】：

#include <iostream>
constexpr int func2(int const& id){
    return id;
}
template<int v>
struct Test{

};
int main(){
   const int v = 0;
   Test<func2(v)> c;
}

考虑上面的代码，我只是不明白为什么代码格式正确。我的观点是名称v在评估表达式func2时用作glvalue，因为func2的参数是引用类型，v 需要绑定到 id-expression id。所以我们看一下 glvalue 常量表达式的要求，这里是关于它的引用。

常量表达式要么是泛指值核心常量表达式，它引用作为常量表达式（如下定义）的允许结果的实体，要么是值满足以下约束的纯右值核心常量表达式。

我们忽略了prvalue的情况，因为这里v被用作glvalue。

一个实体是一个常量表达式的允许结果是：

如果实体是具有静态存储持续时间的对象，该对象要么不是临时对象，要么是其值满足上述约束条件的临时对象，或者它是常量表达式的允许结果是一个函数。

在我的程序部分，const int v = 0;没有静态存储时长，它只有自动存储时长。所以在评估表达式func2(v)以确定它是否是一个常量表达式时，首先，v 必须是一个泛左值核心常量表达式，它指的是一个实体，它是一个常量表达式的允许结果，因此，为什么这里的程序格式正确？如果我丢失了任何重要的引用，请纠正我。

【问题讨论】：

标签： c++ language-lawyer

【解决方案1】：

我们忽略纯右值的情况，因为这里 v 被用作泛左值

是吗？这是来自cppreference的示例：

void test() {
    static const int a = std::random_device{}();
    constexpr const int& ra = a; // OK: a is a glvalue constant expression
    constexpr int ia = a; // Error: a is not a prvalue constant expression

    const int b = 42;
    constexpr const int& rb = b; // Error: b is not a glvalue constant expression
    constexpr int ib = b; // OK: b is a prvalue constant expression
}

是的，const int b = 42 在这里很奇怪，因为从技术上讲，您可以将b 绑定到const int&、const_cast 和const，并为其分配运行时值。但是，考虑到 integral constant expression 和 what are the requirements of a const object 是什么，这是完全合理的：

整型常量表达式是整型或无范围的表达式枚举类型隐式转换为纯右值，其中转换后的表达式是核心常量表达式。如果一个表达式类类型用于整数常量表达式预期，表达式在上下文中隐式转换为整数或无作用域枚举类型。

变量b 确实看起来像是可以隐式转换为纯右值常量表达式的东西，因为在这种情况下它基本上用作文字42 的别名，而整数文字根据定义是纯右值。

现在是有问题的部分 - 这个：

const object - 类型为 const 限定的对象，或 const 对象的非可变子对象。这样的对象不能修改：尝试直接这样做是编译时错误，并且尝试间接这样做（例如，通过修改 const 对象通过引用或指向非常量类型的指针）导致未定义行为。

还有：

核心常量表达式是其求值将不评估以下任何一项：

...

一个表达式，其评估导致任何形式的核心语言未定义的行为（包括有符号整数溢出、除以零，数组边界外的指针算术等）。是否标准检测到库未定义行为未指定。

意味着一旦你开始用 b 做有趣的事情，你就可以期待任何事情发生。例如，这是我在最新的 MSVC 中尝试对您的代码执行的操作，并打开了所有标准一致性选项：

#include <iostream>
#include <random>

constexpr int func2(int const& id) {
    return id;
}

template<int v>
struct Test {

    long array[v];

};

int main() {

    const int v = 0;
    const int& ref = v;

    const_cast<int&>(ref) = std::random_device()() % std::numeric_limits<int>::max();


    Test<func2(v)> c;

    return 0;

}

打开语言扩展后，我收到了C4200: nonstandard extension used : zero-sized array in struct/union 警告。关闭它们后，程序将无法编译。当我从结构中删除 array 部分时，它再次开始编译。

【讨论】：

在你的例子中，对于constexpr const int& ra = a; ，因为a是一个静态存储时长的对象，对于constexpr int ia = a;，因为在a上进行了l-to-v转换，a是不是由常量表达式初始化的，所以它的格式不正确。
*"const int b = 42 在这里很奇怪，因为从技术上讲，您可以将b 绑定到const int&、const_cast 和const 并为其分配运行时值”。修改 const 对象是未定义的行为，所以不，你不能这样做。
@Jarod42 未定义的行为意味着无法预测某事的结果，而不是无法做某事。
你可以做一些不允许的事情，所以有 UB 或格式不正确的程序，但重点是什么？我看不出你回答的重点。

【解决方案2】：

我尝试回答这个问题。为什么func2(v) 是一个常量表达式，因为对于表达式func2(v)，在评估这个后缀表达式时，没有要求v 必须是一个glvalue 常量表达式“将评估以下表达式之一：”的列表，即使，这些规则并不要求潜在核心常量表达式中的一个表达式是一个glvalue常量表达式，只要求表达式不违反列出的要求。所以让我们continue，在初始化参数的时候，这里是另外一条规则：

一个完整的表达式是：

[...]

init-declarator 或 mem-initializer，包括初始化器的组成表达式

所以，当评估这个完整表达式时，它只是不违反这些列出的条件，那么func2(v) 将被评估为一个常量表达式，所以让我们看看这些规则：

一个 id 表达式，它引用引用类型的变量或数据成员，除非该引用具有前面的初始化并且

它是用常量表达式初始化的，或者，

它的生命周期始于对 e 的评估；

对于id-expressionid，它前面的初始化就是对应的参数，因为这个规则：

当调用函数时，每个参数 ([dcl.fct]) 都应使用其对应的参数初始化 ([dcl.init], [class.copy], [class.ctor])。

所以，第一个条件为真。“它是用常量表达式初始化”为假，条件“它的生命周期始于对 e 的求值”为真。总之，表达式 func2(v) 确实是一个常量表达

【讨论】：