默认operator==下x≠x的C++程序是否合法？f()必须为true吗？

案例一：包含A成员的结构体B #

以下程序在GCC中static_assert断言失败，说明常量求值时x != x为true，其中operator==由编译器默认生成：

struct A {
    int i = 0;
    constexpr operator int() const { return i; }
    constexpr operator int&() { return ++i; }
};

struct B {
    A a;
    bool operator==(const B &) const = default;
};

constexpr bool f() {
    B x;
    return x == x;
}

static_assert( f() ); // GCC中失败

案例二：继承自A的结构体B #

修改结构体B使其继承自A而非包含A成员后，程序在GCC中运行成功，但在Clang中断言失败：

struct B : A {
    bool operator==(const B &) const = default;
};

constexpr bool f() {
    B x;
    return x == x;
}

static_assert( f() ); // Clang中失败

请问：这两段程序是否均为良构程序，且f()的求值结果必须为true？

这两段程序均为良构程序，但根据C++标准规则，f()的求值结果并非必须为true，编译器的行为差异源于默认生成operator==时的比较逻辑实现，以及重载解析的细节处理，核心原因是A的重载转换运算符在常量求值中引入了副作用。

案例一（B包含A成员） #

默认生成的B::operator==会逐成员比较x.a与x.a，此时重载解析的差异导致结果不同：

• 右侧x.a处于const成员函数的上下文，是const A&，匹配const operator int()，返回i的初始值0。
• 左侧x.a是非const左值，重载解析会优先选择非const的operator int&()，该转换会执行++i（此时i变为1），最终被隐式转为int值1。
• 两者比较结果为1 == 0，即false，这是GCC断言失败的原因，且该行为符合标准规则。

案例二（B继承自A） #

默认生成的B::operator==会先比较基类子对象：

• GCC认为const B&的基类子对象是const A&，只能匹配const operator int()，两次转换都返回0，结果为true。
• Clang在重载解析时，可能对基类子对象的const属性判断不同，触发了带副作用的operator int&()，导致两次转换后的值不同，结果为false。
• 两种编译器的行为均未违反标准，属于规则允许的实现差异。

标准核心依据 #

C标准规定：默认生成的相等运算符会逐成员/基类子对象执行==比较，重载解析会根据操作数的const限定选择最优匹配的转换运算符。由于A的两个转换运算符一个无副作用、一个带++i的副作用，不同上下文的解析结果可能导致比较值不同，而这类带副作用的转换在C14及以后的常量表达式中是合法的，因此程序本身良构，但结果不固定。

内容的提问来源于stack exchange，提问作者Fedor