C++11中GCC与Clang对内部链接静态变量作非类型模板形参的差异

在C++17之前，GCC无法将引用类型的非类型模板形参绑定到静态全局变量，但Clang和MSVC支持该操作。

示例代码：

#include <iostream>
#include <string>

template <std::string& N>
void printString()
{
    std::cout << N << std::endl;
}

std::string a;
static std::string b;

template void printString<a>();
template void printString<b>(); // GCC在C++11下编译失败


int main()
{

}

在C++11标准下，Clang可成功编译上述代码，但GCC实例化带内部链接的静态变量b时会报错，错误信息如下：

<source>:14:27: error: the value of 'b' is not usable in a constant expression
   14 | template void printString<b>();
      |                           ^
<source>:11:20: note: 'b' was not declared 'constexpr'
   11 | static std::string b;
      |                    ^
ASM generation compiler returned: 1
<source>:14:27: error: the value of 'b' is not usable in a constant expression
   14 | template void printString<b>();
      |                           ^
<source>:11:20: note: 'b' was not declared 'constexpr'
   11 | static std::string b;
      |                    ^
Execution build compiler returned: 1

（注：GCC在C++17标准下可成功编译该代码）

问题解答 #

该现象是C++标准规则演进与编译器实现差异共同导致的：

1. 标准规则的版本差异

   • 在C11/C14标准中，引用类型的非类型模板参数的实参必须满足：要么是具有外部链接的对象，要么是constexpr修饰的内部链接对象。示例中的static std::string b是内部链接且非constexpr，不符合C++11的要求。
   • C++17标准修改了这一规则，允许引用型非类型模板参数绑定到具有内部链接的对象，只要该对象在模板实例化的作用域中可见且被odr-used。

2. 编译器实现的差异

   • GCC在C11/C14模式下严格遵循当时的标准要求，因此拒绝编译绑定非constexpr内部链接对象的模板实例化。
   • Clang和MSVC在C11模式下对规则进行了宽松解读，或者提前实现了C17的新规则，因此允许这种绑定操作。

内容的提问来源于stack exchange，提问作者zturn