在计算 constexpr 时抛出异常会发生什么？

Question

在计算常量表达式以初始化 constexpr 时，可能会引发异常。例如，这里是一个常量表达式的计算防止溢出的例子：

#include <iostream>
#include <stdexcept>

constexpr int g(int n, int n0, int n1) {
    return n == 0? n1: g(n - 1, n1, n0 + n1);
}

constexpr int f(int n) {
    return n < 42? g(n, 0, 1): throw std::out_of_range("too big");
}

int main()
{
    try {
        constexpr int f41 = f(41); // OK: constexpr
        int           f43 = f(43); // OK: throws an exception
        constexpr int f42 = f(42); // not OK but what happens?
    }
    catch (std::exception const& ex) {
        std::cout << "ERROR: " << ex.what() << "\n";
    }
}

第一次调用f() 只是表明可以计算出constexpr。对f() 的第二次调用不用于初始化constexpr 并引发运行时异常。对f() 的第三次调用用于初始化constexpr，但由于引发了异常，因此永远不会到达该点。但是，在这种情况下应该怎么办？我希望catch-clause 中的处理程序被执行，但gcc 和clang 都会产生编译时错误。

Answer 1

constexpr 变量的初始化程序必须是常量表达式（C++11 §7.1.5/9）：

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应被初始化。如果它是由构造函数调用初始化的，[...]。否则，或者如果在引用声明中使用了 constexpr 说明符，则出现在其初始值设定项中的每个完整表达式都应为常量表达式。

请注意常量表达式的以下要求（第 5.19/2 节）：

一个条件表达式是一个核心常量表达式，除非它涉及以下之一作为可能计算的子表达式，但是[...]条件操作的子表达式不评估不考虑

• [...]

• constexpr 函数的调用，其参数在被函数调用替换 (7.1.5) 替换时不会产生常量表达式；

• [...]

• 一个抛出表达式 (15.1)。

constexpr 函数的函数调用替换定义如下（第 7.1.5/5 节）：

函数调用替换用于调用 constexpr 函数 [...] 意味着隐式地将每个参数转换为相应的参数类型，就像通过复制初始化一样，用转换后的表达式替换每个在 function-body 中使用相应的参数，并且 [...] 将结果返回的表达式或 braced-init-list 隐式转换为函数的返回类型好像通过复制初始化。这种替换不会改变意思。

正如我们在上面看到的（第 5.19/2 节），不考虑未计算的条件操作的子表达式。 f(42) 不是一个常量表达式，因为当您对 f 执行函数调用替换时，它会在计算的条件操作一侧生成一个带有 throw 表达式的表达式。另一方面，对于f(41)，throw 最终位于未评估的一侧。

所以程序格式不正确。初始化程序是否实际到达并不重要，因为程序不应该编译。