类模板const静态成员外部定义为constexpr的标准合规性判定

从C++标准的偏序示例可知，非模板类中可将const静态数据成员在类外部定义为constexpr，以下代码能被所有编译器接受：

struct A
{
    static const double i;
};
constexpr double A::i{};
constexpr double j = A::i; // 合法C++，所有编译器均接受

但将该写法应用于类模板时，不同编译器的表现存在分歧：

• 案例#1：gcc接受，clang和msvc拒绝
• 案例#2：将成员类型改为int后，gcc和clang接受，msvc仍拒绝

对应代码如下：

template<class T>  
class C
{ 
    public:
         static const double mem;   
         static const int    k;       
};

template<class T> 
constexpr double C<T>::mem{}; 

template<class T> 
constexpr int C<T>::k{}; 
int main()
{
    constexpr double i  = C<double>::mem; // #1: gcc接受，clang和msvc拒绝
    constexpr int    j  = C<double>::k;   // #2: gcc和clang接受，msvc拒绝
} 

clang对案例#1的报错信息如下：

<source>:14:22: error: constexpr variable 'i' must be initialized by a constant expression
   14 |     constexpr double i  = C<double>::mem; //#1: gcc accepts but both clang and msvc rejcects
      |                      ^    ~~~~~~~~~~~~~~
<source>:14:27: note: read of non-constexpr variable 'mem' is not allowed in a constant expression
   14 |     constexpr double i  = C<double>::mem; //#1: gcc accepts but both clang and msvc rejcects
      |                           ^
<source>:5:30: note: declared here
    5 |          static const double mem;   
      |                              ^

依据C++标准的合规性判定 #

案例#1（double类型成员） #

根据C++标准，constexpr是变量定义的属性，而非仅声明的属性。类模板中声明的static const double mem，其外部定义constexpr double C<T>::mem{}会将实例化后的成员标记为constexpr对象（constexpr隐含const，与声明的const属性兼容）。根据[expr.const]的规定，读取constexpr对象的左值到右值转换属于常量表达式允许的操作，因此gcc的接受行为符合标准，clang和msvc的拒绝行为不符合标准。

案例#2（int类型成员） #

对于static const int k，其外部定义为constexpr的逻辑与案例#1完全一致：实例化后的C<T>::k是constexpr对象，可用于常量表达式初始化。因此gcc和clang的接受行为符合标准，msvc的拒绝行为不符合标准。

内容的提问来源于stack exchange，提问作者user20562802