g++中offsetof使用运行时值编译失败是否为回归问题？

问题场景 #

示例代码：

#include <cstddef>

struct type {
    int array[4];
};

int main(int argc, char**) {
    return offsetof(type, array[argc]);
}

编译表现：

• g++ 11.1及后续版本编译报错，错误信息：

<source>: In function 'int main(int, char**)':
<source>:8:33: error: 'argc' is not a constant expression
    8 |     return offsetof(type, array[argc]);
      |                                 ^~~~

• 旧版g++（11.1之前）、最新版clang++、MSVC、icx均可正常编译并执行预期行为。

核心问题：g++的行为是否正确？已有已关闭的GCC Bug报告称其行为正确，但未提及值依赖相关内容。

额外需求：解释“type依赖但offsetof表达式不依赖类型”的含义并举例说明。

一、g++的行为是否符合标准？ #

根据C++20标准草案（n4868）的规则，offsetof(type, member-designator)的依赖属性明确为：offsetof表达式永远不依赖类型，仅当type是依赖类型时，表达式的值才依赖。

在示例代码中，type是一个非依赖的具体结构体，因此offsetof(type, array[argc])不属于值依赖表达式。而offsetof本质是编译期计算内存偏移量的宏，标准要求其第二个参数member-designator必须是常量表达式。g++ 11.1及后续版本严格执行了这一要求：argc是运行时变量，不属于常量表达式，因此触发报错。

其他编译器的行为属于放宽检查，允许在offsetof中使用运行时表达式，但这并不符合标准的严格规定。GCC的行为是正确的，与已关闭的GCC Bug报告结论一致。

二、“type依赖但offsetof表达式不依赖类型”的含义及示例 #

含义拆解 #

• type依赖：指offsetof的第一个参数type是依赖模板参数的类型（比如模板参数本身，或包含模板参数的复合类型）。
• offsetof表达式不依赖类型：无论type是否依赖，offsetof表达式的返回类型始终是std::size_t（标准强制规定），不会随type的依赖属性变化。
• 仅当type依赖时值才依赖：当type是依赖类型时，offsetof计算出的偏移量值需要等到模板实例化时才能确定，因此表达式的值是依赖的；若type是非依赖类型，偏移量在编译期即可确定，值不依赖。

示例代码 #

#include <cstddef>

template<typename T>
struct Wrapper {
    T data;
    int extra;
};

template<typename T>
std::size_t get_extra_offset() {
    // Wrapper<T>是依赖类型（依赖模板参数T）
    // offsetof表达式的类型固定为std::size_t（不依赖类型）
    // 表达式的值依赖于T：不同T的大小会导致extra的偏移量不同
    return offsetof(Wrapper<T>, extra);
}

int main() {
    // 实例化后确定偏移量：Wrapper<int>中extra的偏移为4（假设int占4字节）
    auto offset_int = get_extra_offset<int>();
    // Wrapper<double>中extra的偏移为8（假设double占8字节）
    auto offset_double = get_extra_offset<double>();
    return 0;
}

附录：C++20标准草案（n4868）13.8.3.4 节（值依赖表达式）中文翻译 #

13.8.3.4 值依赖表达式 [temp.dep.constexpr]

1. 除非如下所述，在需要常量表达式的上下文中使用的表达式，若任何子表达式是值依赖的，则该表达式是值依赖的。
2. 标识符表达式是值依赖的，如果：
   (2.1) — 它是概念id且其任何参数是依赖的，
   (2.2) — 它是类型依赖的，
   (2.3) — 它是非类型模板参数的名称，
   (2.4) — 它命名当前实例化的依赖静态数据成员且未在成员声明器中初始化，
   (2.5) — 它命名当前实例化的依赖静态成员函数，或
   (2.6) — 它命名潜在常量变量（7.7）且其初始化表达式是值依赖的。
   如下形式的表达式是值依赖的，如果一元表达式或表达式是类型依赖的，或类型id是依赖的：
   sizeof unary-expression
sizeof ( type-id )
typeid ( expression )
typeid ( type-id )
alignof ( type-id )
noexcept ( expression )
   [注1：关于标准库宏offsetof，参见17.2。— 结束注]
3. 如下形式的表达式是值依赖的，如果类型id或简单类型说明符是依赖的，或表达式或转换表达式是值依赖的：
   simple-type-specifier ( expression-listopt )
static_cast < type-id > ( expression )
const_cast < type-id > ( expression )
reinterpret_cast < type-id > ( expression )
( type-id ) cast-expression
4. 如下形式的表达式是值依赖的：
   sizeof ... ( identifier )
   折叠表达式
5. 形式为&限定id的表达式，若限定id命名当前实例化的依赖成员，则是值依赖的。形式为&转换表达式的表达式，若将转换表达式作为核心常量表达式（7.7）求值成功且求值结果引用模板化实体（具有静态或线程存储期的对象或成员函数），则也是值依赖的。

内容的提问来源于stack exchange，提问作者Ted Lyngmo