如何让constexpr对象的成员字段也成为constexpr？

我知道cube类既可以作为constexpr类型，也可以作为非constexpr类型使用，但在下面的代码里，constexpr对象c的c.get()却不是constexpr：

class cube
{
private:
    int roll;
public:
    constexpr cube(const int& r) :roll(r) {}
    void set(int const& a) { roll = a; }
    constexpr int get() const { return roll; }

    constexpr void fun() const
    {
        (const_cast <cube*> (this))->roll = 5;
    }
};

int main()
{
    constexpr cube c(1);
    std::cout << "Old roll number: " << c.get() << std::endl;
    c.fun();
    std::cout << "New roll number: " << c.get() << std::endl;
    return 0;
}

这段代码第二次cout输出5，说明c的roll值被修改了，并没有始终返回1。

编辑补充：有人指出是fun()导致的问题，但就算移除fun()（如下代码），我依然认为c.get()不是constexpr：

#include<iostream>
class cube
{
private:
    int roll;
public:
    constexpr cube(const int& r) :roll(r) {}
    void set(int const& a) { roll = a; }
    constexpr int get() const { return roll; }
};

int main()
{
    constexpr cube c(1);
    std::cout << "Old roll number: " << c.get() << std::endl;
    std::cout << "New roll number: " << c.get() << std::endl;
    return 0;
}

核心原因：类的可变性破坏了constexpr成员的编译期常量性 #

你的cube类存在修改成员的途径（set函数、fun函数通过const_cast绕过const限制），这使得类实例本质上是可变的。即使声明为constexpr对象，编译器也无法保证其成员字段会保持编译期确定的值——因为存在合法修改的可能，哪怕你没调用这些修改函数。

要让constexpr对象的成员字段成为真正的constexpr，必须确保类实例完全不可变。

具体实现步骤 #

1. 将成员字段设为const
   把roll声明为const int roll，从语法上禁止任何对它的修改操作，编译期就能拦截非法修改。

2. 移除所有修改成员的函数
   删除set函数，以及fun这种通过const_cast突破const限制的函数，确保类没有任何修改成员的入口。

3. 优化构造函数以适配const成员
   构造函数需要初始化const成员，建议将参数改为值传递而非const引用——因为const引用可能绑定到运行期变量，影响编译期求值能力。

修改后的代码示例：

#include<iostream>
class cube
{
private:
    const int roll; // 成员设为const，确保不可修改
public:
    // 值传递参数，保证编译期可求值
    constexpr cube(int r) : roll(r) {}

    // 仅保留获取成员的constexpr函数
    constexpr int get() const { return roll; }
};

int main()
{
    constexpr cube c(1);
    std::cout << "Roll number: " << c.get() << std::endl;

    // 以下代码会编译报错，因为roll是const成员，无法修改
    // c.set(2);
    // c.fun();

    // 此时c.get()是真正的编译期常量，可用于编译期上下文
    constexpr int val = c.get();
    static_assert(val == 1, "val should be 1");

    return 0;
}

关于补充代码的疑问解答 #

在你移除fun()后的代码中，类依然包含set函数，这意味着roll仍然存在被修改的可能。编译器无法在编译期确定你是否会调用set，因此不会将c.get()视为编译期常量。只有当类被设计为完全不可变时，编译器才能放心地将constexpr对象的成员认定为编译期常量。

内容的提问来源于stack exchange，提问作者shar yashuv Giat