类内部声明的模板结构体构造函数为何无法用于常量表达式？

我尝试初始化一个const数组，编写了如下代码：

class A {
  template <int N> struct Make_0 {
    long long z[N];
    constexpr Make_0() : z() {
      z[0] = 1;
      for (int i = 1; i < N; i++) {
        z[i] = z[i - 1] * 10;
      }
    }
  };

public:
  static constexpr auto _z = Make_0<11>();
  static constexpr const long long *z = _z.z;
};

但编译器抛出错误：

Constexpr variable '_z' must be initialized by a constant expression clang(constexpr_var_requires_const_init)
Undefined constructor 'Make_0' cannot be used in a constant expression

将Make_0结构体移到类A外部后，代码可正常编译运行：

template <int N> struct Make_0 {
  long long z[N];
  constexpr Make_0() : z() {
    z[0] = 1;
    for (int i = 1; i < N; i++) {
      z[i] = z[i - 1] * 10;
    }
  }
};

class A {
public:
  static constexpr auto _z = Make_0<11>();
  static constexpr const long long *z = _z.z;
};

原因解释 #

问题核心在于类内部成员模板的定义可见性规则：

• 当Make_0作为类A的成员模板定义在类内部时，初始化static constexpr auto _z的位置处于类A的定义过程中，此时类的定义尚未完成。C++标准要求，常量表达式中使用的函数（包括构造函数）必须在使用点前有完整定义，但此时Make_0<11>的构造函数定义对编译器来说并非完全可见，因此无法作为合法的常量表达式完成初始化。
• 把Make_0移到类外部后，在类A的静态成员初始化语句执行前，Make_0的模板定义已经完全暴露给编译器，实例化Make_0<11>时其构造函数的定义可被正常解析，满足常量表达式的要求。

Clang的报错信息也直接点明了问题本质：在初始化点，编译器无法找到构造函数的完整定义，因此不允许将其用于常量表达式初始化。

内容的提问来源于stack exchange，提问作者tramis