三元运算符作用于const char* const&与char*&的返回类型及编译器分歧咨询

问题现象 #

给定以下代码：

#include <type_traits>

char* dummy;
const char* const& a = dummy;
      char*      & b = dummy;
using T = decltype(true ? a : b);
static_assert(std::is_same<const char* const&, T>::value); // Clang、MSVC(C++20) 通过
static_assert(std::is_same<const char*       , T>::value); // GCC、MSVC(C++17) 通过

不同编译器的行为存在分歧：

• GCC 在所有C++版本中判定T为const char*
• Clang 在所有C++版本中判定T为const char* const&
• MSVC 在C17模式下返回const char*，C20模式下返回const char* const&

标准规则解析 #

分歧的根源在于C17与C20对条件表达式（三元运算符）的类型推导规则差异：

C++17及更早版本 #

根据C++17标准的[expr.cond]条款：

1. 首先剥离两个操作数的引用属性，得到底层类型：a的表达式类型为const char* const（左值），b的表达式类型为char*（左值）。
2. 推导两者的公共类型为const char*——char*可隐式转换为const char*，而const char* const的顶层const会被忽略在类型转换中。
3. 由于公共类型const char*并非引用类型，条件表达式会将两个操作数转换为该类型的纯右值（prvalue），最终decltype推导的结果为值类型const char*。

C++20及更新版本 #

C++20对条件表达式的规则做了优化，当两个操作数均为左值，且其中一个可隐式转换为另一个的类型时：

• char*可隐式转换为const char* const（先转换为const char*，再添加顶层const），此时条件表达式无需创建临时对象，直接返回左值引用类型const char* const&。
• 因此decltype推导的结果为引用类型const char* const&。

结论 #

• 在C++17及更早版本，符合标准的返回类型是const char*，GCC和MSVC(C++17)的行为正确。
• 在C++20及更新版本，符合标准的返回类型是const char* const&，Clang和MSVC(C++20)的行为正确。

内容的提问来源于stack exchange，提问作者康桓瑋