为什么这个 constexpr 函数在 gcc 的不同情况下给出不同的结果？答案

【问题标题】：Why is this constexpr function giving different results under different circumstances in gcc?为什么这个 constexpr 函数在 gcc 的不同情况下给出不同的结果？
【发布时间】：2015-12-23 08:03:50
【问题描述】：

所以我有以下简单的sn-p：

template <typename T, size_t size>
struct SquareMatrix {
public:
    T data[size * size];
    constexpr T & operator()(const size_t row, const size_t col) noexcept {
        return data[row * size + col];
    }
};

constexpr auto generate() {
    auto result = SquareMatrix<int, 2>{};
    result(0, 0) = 1;
    result(1, 0) = 3;
    result(0, 1) = 2;
    result(1, 1) = 4;
    return result;
}

generate()产生的SquareMatrix<int, 2>中的data数组的预期内容是1, 2, 3, 4。不过……

constexpr auto test = generate();

int main() {
    for (size_t i = 0; i < 4; ++i) {
        std::cout << test.data[i] << std::endl;
    }
    return 0;
}

如果我使用 g++ 5.2 和 -std=c++14 编译并运行此代码，输出到控制台的结果奇怪的是 1032。

如果删除 constexpr 限定符以便它在运行时执行，或者如果我改为编写以下任一细微变化：

int main() {
    constexpr auto test = generate();
    for (size_t i = 0; i < 4; ++i) {
        std::cout << test.data[i];
    }
    return 0;
}

...或...

constexpr auto generate() {
    auto result = SquareMatrix<int, 2>{};
    result(0, 0) = 1;
    result(0, 1) = 2; // this line and
    result(1, 0) = 3; // this line have been swapped
    result(1, 1) = 4;
    return result;
}

constexpr auto test = generate();

int main() {
    for (size_t i = 0; i < 4; ++i) {
        std::cout << test.data[i];
    }
    return 0;
}

... 预期的结果1234 被打印出来。此外，clang++ 3.7.0 在所有情况下都会打印预期的1234。

我遇到了 g++ 错误还是我在这里遗漏了什么？

【问题讨论】：

标签： c++ g++ c++14 constexpr

【解决方案1】：

这看起来与 gcc 错误 [5 regression] Constant expression factory function initializes std::array with static storage duration strangely 相关，如果我们用 gcc head live example 尝试这个，它工作正常。

错误报告有以下类似的例子，其中静态变量案例表现出类似的问题，而自动变量案例则没有：

#include <array>
#include <cassert>

namespace /* anonymous */
{

  constexpr auto
  make_array(const int val) noexcept
  {
    std::array<int, 2> result = { { val, 0 } };
    return result;
  }

  // Replacing `constexpr` by `const` doesn't change anything.
  constexpr auto numbers_static = make_array(42);

}

int main()
{
  const auto numbers_automatic = make_array(42);
  assert(numbers_automatic[0] == 42);  // okay
  assert(numbers_static[0] == 42);     // fails
}

【讨论】：