非结构类型constexpr参数的C++示例编译分歧：GCC与Clang谁合规？

问题背景 #

以下是来自Ben Deane演讲的代码，GCC可正常编译，但Clang拒绝编译：

#define CX_VALUE(...) [] { 
    struct { 
        constexpr auto operator()() const noexcept { return __VA_ARGS__; } 
        using cx_value_tag = void; 
    } val; 
    return val; 
}()

template <typename T>
concept cx_value = requires { typename T::cx_value_tag; };

auto func(cx_value auto x) { 
    constexpr auto val = x();
    std::cout << "Constexpr value: " << val.val() << '\n';
}

class S {
    public:
    constexpr S(const int val) :  val_(val){}
    int val() const {
        return val_;
    }
    private:
    int val_;
};

int main() {
    constexpr S non_structural_value{420};
    func(CX_VALUE(non_structural_value));
}

核心分析 #

Clang的报错集中在func内的constexpr auto val = x();，认为该初始化不是合法的常量表达式，但根据C++标准，这行代码完全合规，原因如下：

1. S是合法的字面类型
   根据C++标准对**字面类型（literal type）**的定义，S满足全部条件：

   • 拥有constexpr析构函数（默认生成的析构函数符合constexpr要求）；
   • 拥有非拷贝/移动类别的constexpr构造函数；
   • 所有非静态数据成员（val_是int，属于标量字面类型）和基类均为字面类型。

2. x()的调用是合法的常量表达式
   CX_VALUE宏生成的匿名结构体的operator()是constexpr函数，它返回non_structural_value的拷贝：

   • non_structural_value是main中合法初始化的constexpr变量；
   • 拷贝操作调用S的隐式constexpr拷贝构造函数——作为类成员函数，它有权访问private的val_，因此整个返回操作属于合法的常量表达式。

3. constexpr变量初始化合规
   constexpr auto val = x();中，val的类型是字面类型S，初始化表达式x()是合法的常量表达式，完全符合C++标准对constexpr变量的要求。

结论 #

GCC的编译行为符合C++标准，Clang的报错属于实现bug——它错误地认为在常量表达式中拷贝非结构类型的constexpr对象时，无法访问其private成员，但实际上拷贝构造函数作为类成员拥有访问权限，整个操作是合规的。

内容的提问来源于stack exchange，提问作者NoSenseEtAl