constexpr 可以和 volatile 结合使用吗？

Question

以下 sn-p 在 Clang 3.5 中可以正常工作，但在 GCC 4.9.2 中不能：

int main()
{
    constexpr volatile int i = 5;
}

有错误：

错误：这里不能同时使用 'volatile' 和 'constexpr'

如果我检查 Clang 生成的程序集，它会按预期显示 5：

movl    $5, -4(%rsp)

在 GCC 中，constexpr int i = 5 被优化掉了，但volatile int i = 5 在程序集中也显示了5。 volatile const int i = 5 在两个编译器中编译。事物同时是 volatile 和 const 并不是一个陌生的概念。

按照标准，哪个编译器是正确的？

Answer 1

是的，这是有效的，有 defect report 1688: Volatile constexpr variables 为此提交，说：

目前的措辞中似乎没有语言说明 constexpr 不能应用于 volatile 限定的变量 类型。此外，5.19 [expr.const] 第 2 段中的措辞是指 “用 constexpr 定义的非易失性对象”可能会导致人们推断 允许组合，但这样的变量不能 出现在常量表达式中。目的是什么？

它被拒绝为不是缺陷（NAD），响应和理由是：

这种组合是有意允许的，并且可以在某些情况下使用 强制常量初始化的情况。

正如 DR 指出的那样，这样的变量本身不能在 常量表达式中使用：

constexpr volatile int i = 5;    
constexpr int y = i ;         // Not valid since i is volatile

[expr.const]/2 部分包括使条件表达式不是核心常量表达式的所有情况，包括：

左值到右值的转换 (4.1)，除非它应用于

所有例外都需要：

[...]指的是非易失性 [...] 对象 [...]

Answer 2

引用 N4140 [dcl.constexpr]/9:

对象声明中使用的constexpr 说明符将对象声明为const。这样的对象应该有字面量类型并且应该被初始化。

字面量类型在 [basic.types]/10 中定义：

一个类型是文字类型，如果它是：

(10.1)——void;或

(10.2) — 标量类型；或

(10.3) — 引用类型；或

(10.4) — 文字类型的数组；或

(10.5) — 具有以下所有属性的类类型（第 9 条）：

(10.5.1) — 它有一个简单的析构函数，

(10.5.2) — 它是一种聚合类型 (8.5.1) 或至少有一个 constexpr 构造函数或构造函数模板，它不是复制或移动构造函数，并且

(10.5.3) — 它的所有非静态数据成员和基类都是非易失性文字类型。

标量类型在第 9 段中：

算术类型 (3.9.1)、枚举类型、指针类型、指向成员类型的指针 (3.9.2)、std::nullptr_t 和这些类型的 cv 限定版本 (3.9.3) 统称为 标量类型。

int 是算术，所以volatile int 是标量类型，因此是文字类型。 constexpr volatile int i = 5; 因此是一个格式良好的声明。

有趣的是，计算 i 的表达式不能是 core-constant-expression，因为它将左值到右值的转换应用于 volatile 类型的左值（[expr.const]/ 2）。因此，计算i 的表达式既不是整型常量表达式也不是常量表达式。我不确定该声明中的constexpr 除了使i 隐含地const 和（向@T.C. 点头）要求其初始化程序是一个常量表达式之外还有什么作用。

我已将此报告为 GCC bug 65327，我们将看看 GCC 的人怎么说。

2015-03-16 更新：已修复 GCC 5 的错误。