关于C++ constexpr函数两种写法合法性差异的技术问询

核心差异点 #

两段代码的本质区别在于**constexpr变量的初始化规则与函数参数在不同语境下的常量表达式可用性**：

第一段合法代码分析

constexpr int incr(int k1)
{
    return k1 + 5;
}

constexpr int foo(int k)  // runs in compile time
{
    return incr(k);
}

int main() {
    constexpr int x = 5;
    constexpr int y = foo(4);
}

当foo(4)作为constexpr int y的初始化器时，整个调用处于常量求值语境：参数k被绑定到常量值4，此时调用incr(k)的过程是在常量求值中完成的——k的值在求值时是确定的，且incr是符合要求的constexpr函数，因此整个表达式满足常量表达式的要求。

第二段非法代码分析

constexpr int incr(int k1)
{
    return k1 + 5;
}

constexpr int foo(int k)  // runs in compile time
{
    constexpr int x = incr(k); // k: not a constant expression
    return x;
}

int main() {
    constexpr int x = 5;
    constexpr int y = foo(4);
}

这里的错误出在constexpr int x = incr(k);这条语句：constexpr变量必须用常量表达式初始化，而此处的k是foo的函数形参——在foo的定义语境中，k并不是一个“可用于常量表达式的实体”，即便调用foo(4)时k会被绑定到常量值，也无法满足constexpr变量初始化对表达式的语境要求。

引用C标准条款（以C20 N4861为例） #

1. constexpr变量的初始化要求（[dcl.constexpr]/9）：

   constexpr变量必须被初始化。若通过构造函数调用初始化，则该调用必须是常量表达式（[expr.const]）。否则，或者若constexpr变量通过lambda表达式初始化，初始化器必须是常量表达式。

2. 常量表达式的限制（[expr.const]/4）：

   一个表达式是核心常量表达式，当且仅当对其求值时不会触发以下情况：
   ...
   (4.2) 引用了不可用于常量表达式的变量的id表达式；
   ...

3. 可用于常量表达式的变量定义（[expr.const]/11）：

   变量或临时对象可用于常量表达式，当且仅当它是：
   (11.1) 可用于常量表达式的引用类型变量；
   (11.2) 用常量表达式初始化或默认初始化的constexpr类型变量；
   ...

函数参数k不属于上述任何一种“可用于常量表达式”的情况，因此在constexpr int x = incr(k);的语境中，incr(k)不是合法的常量表达式，无法完成constexpr变量的初始化。

而第一段代码中，return incr(k);的求值是在foo被作为常量表达式调用的过程中进行的，此时参数k被绑定到常量值，属于常量求值过程中允许的参数使用场景（[expr.const]/6）：

若对constexpr函数的调用满足常量表达式的要求，且该函数是constexpr函数，则该调用是常量表达式。

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