空类按值传递支持constexpr的标准依据与左值转右值转换疑问

问题背景 #

我编写了如下C++代码，发现一个现象：当类包含非静态数据成员时，其对象按值传递给constexpr函数后，无法用于常量表达式上下文。查阅资料时看到GCC Bug#114219的讨论，有用户认为空类对象按值传递时不会触发左值到右值转换，这是示例中空类A可行、非空类B不可行的原因，但也有用户反对这个观点。

我需要明确两个核心问题：

• C++标准是如何允许空类案例生效，却禁止非空类案例的？
• “空类会绕过左值到右值转换”这一说法是否正确？对应的标准依据是什么？

代码示例 #

struct A {
    static constexpr int value = 42;
};
struct B
{
    static constexpr int value = 42;
    int mem{};
};

constexpr int f(A a) { return A::value; }
constexpr int f(B b) { return B::value; } 

int main() {
    A a; 
    constexpr int aconst = f(a); // 所有编译器均正常通过

    B b;
    constexpr int bconst = f(b); // 所有编译器均报错，原因何在？
}

GCC报错信息 #

<source>: In function 'int main()':
<source>:18:31: error: the value of 'b' is not usable in a constant expression
   18 |     constexpr int bconst = f(b); //fails in all compilers, why?
      |                               ^
<source>:17:7: note: 'b' was not declared 'constexpr'
   17 |     B b;
      |       

标准规则与差异原因 #

1. 常量表达式对对象操作的核心要求 #

C++标准规定，在常量表达式上下文（比如初始化constexpr变量）中，使用对象时必须满足：要么该对象本身是常量表达式的结果，要么对它的操作不需要依赖无法在编译时确定的值。

当调用f(b)时，b是一个非constexpr的自动对象，按值传递会触发复制初始化：

• 对于非空类B：复制初始化临时B对象时，需要初始化其非静态成员mem。由于原对象b不是constexpr，mem的值无法在编译时确定，整个复制操作无法在常量表达式中完成，因此f(b)不能作为常量表达式。
• 对于空类A：复制初始化临时A对象时，因为类没有非静态数据成员，其默认构造和复制构造都是平凡操作，不需要访问原对象a的任何成员值。此时复制操作不依赖a的具体值，编译器可以在编译时完成，不会触发对a的求值需求。

2. “空类绕过左值到右值转换”说法的验证 #

这个说法不够精准，准确表述是：空类对象的复制操作不需要读取其成员值，因此不会触发左值到右值转换的需求。

根据C++标准中左值到右值转换的规则：只有当需要获取对象的具体值时，才会触发该转换。对于空类对象，复制它不需要读取任何成员，因此不需要对原对象进行左值到右值转换；而非空类B的复制需要处理非静态成员mem，必须依赖原对象b的成员值，而b不是constexpr，无法在常量表达式中提供合法值，因此触发错误。

对应的标准依据：

• 标准[expr.const]章节明确，常量表达式中不能包含“对非常量表达式对象进行左值到右值转换”的操作，除非该对象是平凡类型且生命周期始于常量表达式求值期间。
• 空类的复制构造属于平凡构造，构造过程中未引用任何非静态成员的值，因此不需要对原对象求值（即左值到右值转换），符合常量表达式的要求；非空类的复制构造必须处理非静态成员，依赖原对象的成员值，而原对象不是constexpr，不满足常量表达式的约束。

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