C++静态数组编译期求值：constexpr等关键字相关疑问

我正在试验const系列关键字，编写了如下C++代码，使用constexpr定义了两个静态数组：

class MyClass{
  private:

    static constexpr std::array<uint64_t, 5> arr = {0,1,2,3,4};
    
    static constexpr std::array<uint64_t, 5> arr_sum {[](const std::array<uint64_t, 8> & arr) {
      std::array<uint64_t, 5> arr_sum;
      arr_sum[0] = arr[0];
      for (int i = 1; i < 5; i++) { 
        arr_sum[i] = arr[i] + arr_sum[i-1]; 
      }
      return arr_sum;
    }(arr)};


  public:
    ...
};

其中arr_sum的第i位存储前i个元素的和。我有两个问题：

1. 即便使用constexpr，arr或arr_sum是否仍有可能不在编译期生成？
2. 是否可以通过consteval或constinit确保两个数组都在编译期生成？

问题解答 #

1. constexpr数组是否可能不在编译期生成？

是的，编译器仍有不在编译期生成的可能。constexpr的核心语义是允许编译期求值，而非强制要求。只要代码符合常量表达式规则，编译器可自主选择编译期计算或运行时初始化——除非代码中有明确要求该变量必须作为编译期常量使用（比如用作模板参数、初始化另一个constexpr变量等），否则编译器可能会延迟到运行时完成初始化。

2. 能否用consteval/constinit强制编译期生成？

• consteval：可以直接强制编译期生成。将初始化arr_sum的lambda标记为consteval（C++20及以上支持），就能要求该lambda必须在编译期执行，从而保证arr_sum的初始化完全在编译期完成。由于arr_sum的求值依赖arr，编译器也会被迫将arr作为编译期常量处理。修改后的代码示例：

class MyClass{
  private:

    static constexpr std::array<uint64_t, 5> arr = {0,1,2,3,4};
    
    static constexpr std::array<uint64_t, 5> arr_sum {[]() consteval {
      std::array<uint64_t, 5> arr_sum;
      arr_sum[0] = arr[0];
      for (int i = 1; i < 5; i++) { 
        arr_sum[i] = arr[i] + arr_sum[i-1]; 
      }
      return arr_sum;
    }()};


  public:
    ...
};

（注：原代码中lambda的参数类型std::array<uint64_t,8>与arr的实际大小不匹配，上述示例已修正为直接捕获arr）

• constinit：无法直接强制编译期生成。它的作用是确保静态/线程局部变量采用常量初始化（零初始化或常量表达式初始化），避免动态初始化，但不强制求值过程必须在编译期完成。即便结合constexpr使用，它也只能保证变量不会被动态初始化，无法像consteval那样强制编译期求值。

内容的提问来源于stack exchange，提问作者Mr.Barbo