consteval对函数表达式分类/求值的影响及代码报错解析

相关代码 #

#include <string_view>
#include <iostream>
#include <cstring>

consteval const char* compile_time_trim(const std::string_view& s) noexcept{
    return s.data() + s.find("/app/") + strlen("/app/");
}

constexpr const char* best_effort_trim(const std::string_view& s) noexcept{
    if consteval {
        return compile_time_trim(s);
    }
    else {
        return s.data();
    }
}

int main() {
    std::cout << best_effort_trim(__FILE__) << std::endl;
}

GCC 14.1编译错误信息 #

<source>: In function 'int main()':
<source>:19:34:   in 'constexpr' expansion of 'best_effort_trim(std::basic_string_view<char>(((const char*)"<source>")))'
<source>:11:33: error: call to consteval function 'compile_time_trim((* & s))' is not a constant expression
   11 |         return compile_time_trim(s);
      |                ~~~~~~~~~~~~~~~~~^~~
In file included from <source>:1:
<source>:19:34:   in 'constexpr' expansion of 'best_effort_trim(std::basic_string_view<char>(((const char*)"<source>")))'
<source>:11:33:   in 'constexpr' expansion of 'compile_time_trim((* & s))'
<source>:6:18:   in 'constexpr' expansion of '(& s)->std::basic_string_view<char>::data()'
/opt/compiler-explorer/gcc-14.1.0/include/c++/14.1.0/string_view:290:22: error: '*(const std::basic_string_view<char>*)this' is not a constant expression
  290 |       { return this->_M_str; }
      |                ~~~~~~^~~~~~
Compiler returned: 1

现象说明 #

将constexpr const char* best_effort_trim(改为consteval const char* best_effort_trim(后，GCC编译无错误。

核心疑问 #

1. 宏__FILE__是编译时常量，传入constexpr函数后，参数s为何被视为非常量？
2. 若s是非常量表达式，为何return compile_time_trim(s);分支仍会被求值并触发错误？

解答 #

1. constexpr函数参数为何不被视为常量表达式？ #

C++标准规定：constexpr函数的参数本身不属于常量表达式，哪怕传入的实参是编译期常量。这是因为constexpr函数需要兼容两种执行场景：编译期求值和运行时求值。

当调用best_effort_trim(__FILE__)时，__FILE__确实是编译期字符串，但s作为函数形参，是局部std::string_view对象的引用。在constexpr函数的编译期求值语境中，形参的值类别为非常量——你无法用它初始化constexpr变量，也不能传递给要求常量表达式的consteval函数。

而将best_effort_trim改为consteval函数后，函数只能在编译期执行，编译器会把实参的常量属性直接传递给形参，此时s会被当作常量表达式处理，因此compile_time_trim(s)能正常调用。

2. 非常量情况下为何consteval分支仍被求值？ #

if consteval是C++20的编译期分支判断，它的分支选择由调用语境决定：如果当前是编译期求值语境，就走consteval分支；如果是运行时求值语境，就走else分支。

在main中调用constexpr函数best_effort_trim时，因为实参是编译常量，编译器会尝试进行编译期求值，此时if consteval条件为真，进入return compile_time_trim(s);分支。但如前所述，constexpr函数的形参s不是常量表达式，而compile_time_trim是consteval函数，要求参数必须是常量表达式，因此触发错误。

如果传入的是运行时字符串（比如用户输入的字符串），编译器无法进行编译期求值，就会走else分支，不会调用consteval函数，也就不会报错。

内容的提问来源于stack exchange，提问作者HCSF