C++20/23中consteval成员函数调用合法性：哪款编译器合规？

测试代码 #

#include <cstddef>

template <size_t N>
class Foo {
    public:
        consteval size_t size() noexcept { return N; }

        size_t real_size() {
            return size() - 1;
        }
};

int main(int argc, char* argv[]) {
    Foo<5> foo;
    return foo.real_size();
}

不同编译器的编译结果 #

• Clang 10与GCC 14.1：无错误、无警告编译通过
• Clang 14至18.1版本：触发编译错误，错误信息如下：

<source>:9:20: error: call to consteval function 'Foo<5>::size' is not a constant expression
    9 |             return size() - 1;
      |                    ^
<source>:15:16: note: in instantiation of member function 'Foo<5>::real_size' requested here
   15 |     return foo.real_size();
      |                ^
<source>:9:20: note: implicit use of 'this' pointer is only allowed within the evaluation of a call to a 'constexpr' member function
    9 |             return size() - 1;
      |                    ^

问题与解答 #

问题 #

依据C20与C23标准，哪款编译器的行为是正确的？原因是什么？

解答 #

正确的行为是Clang 14-18.1报错，GCC 14.1和Clang 10的编译通过属于不符合标准的宽松实现，原因如下：

1. consteval函数的调用要求：C++标准规定，consteval函数必须在常量表达式语境中调用，且调用结果必须是常量表达式。
2. this指针的语境限制：size()是非静态consteval成员函数，调用时会隐式传递this指针。而real_size()是普通成员函数，不属于常量表达式语境——即使Foo<5>是模板实例化类型，this指向的对象是运行时创建的，此时调用consteval函数时，this的值无法在编译期确定，不符合常量表达式的要求。
3. 标准条款依据：标准明确指出，隐式使用this指针的consteval成员函数调用，仅当整个调用处于常量表达式语境时才被允许。非常量表达式语境下的此类调用属于非法行为。

Clang 14及后续版本修正了早期实现的错误，严格遵循标准；而GCC 14.1和Clang 10未正确执行该检查，属于非标准的宽松处理。

内容的提问来源于stack exchange，提问作者HCSF