为何C++20中通过接口引用调用consteval虚函数会触发段错误？

以下C++20代码运行时会触发Segmentation fault：直接创建Implementation类对象调用其consteval成员函数foo()能正常返回42，但通过Interface类型的引用调用foo()时出现段错误，原因如下：

// Compile with
//
// g++ -std=c++20 -Werror -Wall -Wextra -Wpedantic consteval.cpp -o consteval

#include <iostream>

struct Interface
{
        virtual consteval int foo(void) = 0;
};

struct Implementation final : public Interface
{
        consteval int foo(void) override { return 42; }
};

int main(void)
{
        Implementation implementation;

        std::cout << "implementation.foo() returns: " << implementation.foo() << std::endl;

        Interface& interface = implementation;

        std::cout << "interface.foo() returns: " << interface.foo() << std::endl;

        return 0;
}

核心原因：consteval与虚函数动态分派的本质冲突 #

• consteval的强制要求：被consteval修饰的函数必须在编译阶段完成求值，结果必须是编译期常量，不允许任何运行期执行逻辑。
• 虚函数的运行期特性：通过基类引用/指针调用虚函数时，依赖运行期动态分派机制——程序会通过对象的虚表（vtable）查找实际要调用的派生类函数地址，这个过程只能在运行期完成。
• 直接调用的正常逻辑：当直接调用implementation.foo()时，编译器能明确确定目标函数是Implementation::foo，完全满足consteval的编译期求值要求，因此会直接将函数调用替换为常量42，运行时无任何动态逻辑。
• 基类引用调用的矛盾：通过Interface&调用foo()时，即使Implementation是final类，C++标准依然要求保留虚函数的动态分派语义。但consteval强制要求编译期求值，编译器无法在编译阶段确定动态分派的结果（理论上允许存在其他派生类），只能尝试在编译期解析虚调用，但此时无法获取运行期才会存在的虚表信息，最终生成的代码会出现非法内存访问（比如尝试读取无效地址的虚表），触发段错误。

内容的提问来源于stack exchange，提问作者Anders