在 C++17 中修改 constexpr 函数中的全局变量答案

【问题标题】：Modifying a global variable in a constexpr function in C++17在 C++17 中修改 constexpr 函数中的全局变量
【发布时间】：2018-12-05 18:55:36
【问题描述】：

在 C++17 中，是否允许在 constexpr 函数中修改全局变量？

#include <iostream>

int global = 0;

constexpr int Foo(bool arg) {
    if (arg) {
        return 1;
    }
    return global++;
}

int main() {
    std::cout << global;
    Foo(true);
    std::cout << global;
    Foo(false);
    std::cout << global;
}

我不希望你能做到，但 clang 6 允许它：https://godbolt.org/g/UB8iK2

但是，GCC 没有：https://godbolt.org/g/ykAJMA

哪个编译器是正确的？

【问题讨论】：

@AnT • 我需要一个备忘单来保持 C++11、C++14 和 C++17 的约束。
如果您强制编译时评估constexpr int a = Foo(false)，则两者都不起作用，但我不确定哪个（如果有的话）不正确。
对我来说这似乎是 gcc 中的一个基本错误
肯定是gcc bug，提交86327
有趣的是，clang 不允许将函数作为常量表达式评估为修改 global 的分支上的常量表达式（如 @user975989 所述），如果您删除if (arg) return 1; 分支将无法编译，尽管仍然满足@codekaiser 的答案中列出的要求。

标签： c++ language-lawyer c++17 constexpr

【解决方案1】：

哪个编译器是正确的？

Clang 是对的。

根据dcl.constexpr/3定义constexpr函数

constexpr 函数的定义应满足以下条件要求：

(3.1) 其返回类型应为字面量类型；
(3.2) 它的每个参数类型都应该是文字类型；
(3.3) 其函数体应为= delete、= default或复合语句不包含：

(3.3.1) 一个 asm 定义，
(3.3.2) goto 语句，
(3.3.3) 标识符标签，
(3.3.4) 一个 try 块，或
(3.3.5) 非文字类型或静态变量的定义或线程存储持续时间或不执行初始化。

同样按照dcl.constexpr/5:

对于两者都不是的constexpr 函数或 constexpr 构造函数默认也不是模板，如果不存在参数值 函数或构造函数的调用可以是评估的核心常量表达式的子表达式，

Foo(true) 可以计算为一个核心常量表达式（即1）。

另外，Foo(false) 可以，但不需要不断评估。

结论

因此，GCC 中的 bug。

非常感谢@Barry、@aschepler 和@BenVoigt 帮助我回答这个问题。

【讨论】：

肯定更清楚了。我相信编译器实际上不可能推断global 的值，即使它将Foo(false) 内联到main 中，因为global 具有外部链接。（输出不需要是0\n0\n1，因为另一个编译单元中的一些全局构造函数可能会改变global）因此，它的运行时副作用必须保留。
虽然我相信你的解释，但这实际上可能是一个缺陷，或者至少是 GCC 家伙所喜欢的标准中的模棱两可。 dcl.constexpr/7 声明 "...与非 constexpr 相同的结果...除了可以出现在常量表达式中"。现在，Foo(false) 显然不能出现在常量表达式中，所以……这可能就是原因。
您是否愿意以非标准的胡言乱语添加一些关于 OP 示例应该发生什么的解释？我倾向于说我们这里的主要是规范中的错误，而不是使其非法。但也许我还不够了解constexpr。
@leftaroundabout，我会试试的。 global 可能会或可能不会在其他翻译单元中被修改，因为它的链接和它没有明确定义为const 程序员。如果编译器可以在编译时评估表达式，它会；但并不意味着它应该。因此，在我自己看来，有一个不严格的条款（可以但不是必需的）更好。另请参阅 Ben Voigt 的评论。
@Damon, true Foo(false) 不能出现在常量表达式中。支持您的陈述，在给出的代码中，它只是一个函数调用（不是常量表达式）。与 constexpr int i = Foo(false); 不同，这将使用 Clang 提示 diagnostic message。

【解决方案2】：

我会补充说 dcl.constexpr/5 还需要：

对于既不是默认值也不是模板的 constexpr 函数或 constexpr 构造函数，如果不存在参数值，则函数或构造函数的调用可以是核心常量表达式的求值子表达式，或者，对于构造函数，某些对象（[basic.start.static]）的常量初始化器，程序格式错误，不需要诊断。

由于您故意编写函数以使 Foo(true) 计算为核心常量表达式，因此不需要 Foo(false)。

【讨论】：