CRTP中operator=与Concept的跨编译器兼容性问题咨询

Clang拒绝编译以下示例代码，而GCC和MSVC可正常编译。请问哪个编译器的行为符合C++标准？或者该代码属于无需诊断的格式错误？

#include <type_traits>

#if 0
#define METHOD balabala   // OK
#else
#define METHOD operator=  // Clang error
#endif

struct base {};

template<typename T>
concept derived = std::is_base_of_v<base, T>;

template<derived Lhs, derived Rhs> struct assign;

template<typename T>
struct crtp: base {
  template<derived Rhs>
  constexpr auto METHOD(const Rhs& rhs) -> assign<T, Rhs> {
    return {};
  }
};

template<typename T>
struct foo: crtp<foo<T>> {
  using crtp<foo<T>>::METHOD;
};

template<derived Lhs, derived Rhs>
struct assign: crtp<assign<Lhs, Rhs>> { };

static_assert(std::is_base_of_v<base, foo<int>>);

Clang错误信息 #

<source>:12:19: error: 代入约束表达式时产生非常量表达式
concept derived = std::is_base_of_v<base, T>;
                  ^~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~
<source>:14:10: note: 在此检查concept 'derived<foo<int>>'的满足性
template<derived Lhs, derived Rhs> struct assign;
         ^
<source>:14:10: note: 在此将模板实参代入约束表达式
template<derived Lhs, derived Rhs> struct assign;
         ^~~~~~~
<source>:19:44: note: 在此检查模板'assign<foo<int>, crtp<foo<int>>>'的约束满足性
  constexpr auto METHOD(const Rhs& rhs) -> assign<T, Rhs> {
                                           ^~~~~~~~~~~~~~
<source>:17:8: note: 在此将推导的模板实参代入函数模板'operator=' [with Rhs = crtp<foo<int>>]
struct crtp: base {
       ^
<source>:25:8: note: 在此为'foo<int>'声明隐式复制赋值运算符
struct foo: crtp<foo<T>> {
       ^
/opt/compiler-explorer/gcc-snapshot/lib/gcc/x86_64-linux-gnu/13.0.1/../../../../include/c++/13.0.1/type_traits:3361:68: note: 在此实例化模板类'foo<int>'
  inline constexpr bool is_base_of_v = __is_base_of(_Base, _Derived);
                                                                   ^
<source>:32:20: note: 在此实例化变量模板特化'std::is_base_of_v<base, foo<int>>'
static_assert(std::is_base_of_v<base, foo<int>>);
                   ^
<source>:12:19: note: 'is_base_of_v<base, foo<int>>'的初始值未知
concept derived = std::is_base_of_v<base, T>;
                  ^
/opt/compiler-explorer/gcc-snapshot/lib/gcc/x86_64-linux-gnu/13.0.1/../../../../include/c++/13.0.1/type_traits:3361:25: note: 在此声明
  inline constexpr bool is_base_of_v = __is_base_of(_Base, _Derived);
                        ^
<source>:12:19: error: 代入约束表达式时产生非常量表达式
concept derived = std::is_base_of_v<base, T>;
                  ^~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~
<source>:14:10: note: 在此检查concept 'derived<foo<int>>'的满足性
template<derived Lhs, derived Rhs> struct assign;
         ^
<source>:14:10: note: 在此将模板实参代入约束表达式
template<derived Lhs, derived Rhs> struct assign;
         ^~~~~~~
<source>:19:44: note: 在此检查模板'assign<foo<int>, crtp<foo<int>>>'的约束满足性
  constexpr auto METHOD(const Rhs& rhs) -> assign<T, Rhs> {
                                           ^~~~~~~~~~~~~~
<source>:17:8: note: 在此将推导的模板实参代入函数模板'operator=' [with Rhs = crtp<foo<int>>]
struct crtp: base {
       ^
<source>:25:8: note: 在此为'foo<int>'声明隐式移动赋值运算符
struct foo: crtp<foo<T>> {
       ^
/opt/compiler-explorer/gcc-snapshot/lib/gcc/x86_64-linux-gnu/13.0.1/../../../../include/c++/13.0.1/type_traits:3361:68: note: 在此实例化模板类'foo<int>'
  inline constexpr bool is_base_of_v = __is_base_of(_Base, _Derived);
                                                                   ^
<source>:32:20: note: 在此实例化变量模板特化'std::is_base_of_v<base, foo<int>>'
static_assert(std::is_base_of_v<base, foo<int>>);
                   ^
<source>:12:19: note: 'is_base_of_v<base, foo<int>>'的初始值未知
concept derived = std::is_base_of_v<base, T>;
                  ^
/opt/compiler-explorer/gcc-snapshot/lib/gcc/x86_64-linux-gnu/13.0.1/../../../../include/c++/13.0.1/type_traits:3361:25: note: 在此声明
  inline constexpr bool is_base_of_v = __is_base_of(_Base, _Derived);
                        ^
生成2个错误。

问题分析与结论 #

核心原因 #

问题源于隐式赋值运算符生成触发的模板实例化循环依赖：

1. 当METHOD定义为operator=时，foo<int>继承自crtp<foo<int>>并引入了基类的赋值运算符模板。
2. 编译器处理foo<int>时，会尝试生成隐式复制/移动赋值运算符（因为类未显式声明），此过程需要检查基类的赋值运算符是否可用。
3. 检查时会实例化基类的operator=模板，而该函数的返回类型assign<T, Rhs>要求模板参数满足derived约束，即验证std::is_base_of_v<base, foo<int>>。
4. 但此时foo<int>的类型尚未完全定义（正处于隐式运算符生成过程中），导致is_base_of_v无法生成合法的常量表达式，触发Clang的报错。

编译器行为对比 #

• Clang符合标准：C++标准要求概念的约束表达式必须是常量表达式，当代入参数后无法得到有效常量表达式时，编译器必须诊断错误。这里foo<int>未完全实例化，is_base_of_v的结果不确定，Clang的报错是正确的。
• GCC/MSVC属于宽松处理：这两个编译器可能推迟了约束检查的时机，或者在类型未完全定义时默认is_base_of_v返回预期结果，从而绕过错误，但这不属于标准规定的行为。

最终结论 #

该代码存在需要诊断的格式错误，Clang的行为符合C++标准，GCC和MSVC的编译通过是编译器的非标准宽松处理。

内容的提问来源于stack exchange，提问作者VainMan