CRTP实现中调用static constexpr函数出现未定义错误的原因

以下是出现问题的CRTP代码：

template<class T>
struct Interface
{
    static constexpr int func();
    static constexpr int func2();
};

template<class T>
struct Default : public Interface<T>
{
    constexpr static int impl_func()
    {
        return 0;
    }

    constexpr static int impl_func2()
    {
        return Default<T>::func() + 2; // ----------- (A)
    }
};

struct Derived : public Default<Derived>
{
    static constexpr int impl_func2()
    {
        // NOTE: Using impl_func instead of func here compiles
        return func() + 4; // -------------- (B)
    }
};

struct Derived2 : public Default<Derived2>
{
};

template <typename T> constexpr int Interface<T>::func()
{
    return T::impl_func();
}

template <typename T> constexpr int Interface<T>::func2()
{
    return T::impl_func2();
}

int main()
{
    constexpr int ret = Derived::func2();
    static_assert(ret == 4);

    constexpr int ret2 = Derived2::func2();
    static_assert(ret2 == 2);
}

问题现象 #

编译上述代码时，(A)处代码可正常编译，但(B)处代码会触发以下错误：

test3.cpp:45:19: error: constexpr variable 'ret' must be initialized by a constant expression
constexpr int ret = Derived::func2();
^ ~~~~~~~~~~~~~~~~
test3.cpp:29:16: note: undefined function 'func' cannot be used in a constant expression
return func() + 4;

将(B)替换为return impl_func() + 4可成功编译，但Derived::func()和Default<Derived>::func()均无效。疑问点在于：为何(A)处于模板类中能正常编译，而(B)不行？

核心原因分析 #

模板与非模板的名称查找时机差异 #

• (A)处的模板类场景：Default<T>是模板类，其成员函数impl_func2中的Default<T>::func()属于依赖于模板参数的名称。编译器在处理模板定义时，不会立即解析这个名称，而是延迟到模板实例化（即Default<Derived>被实例化）的时候才去查找。此时Derived类已经完全定义，Interface<Derived>::func()的模板实现也已经可见，编译器能确认这个调用符合常量表达式的要求，因此可以正常编译。

• (B)处的非模板类场景：Derived是普通非模板类，它的成员函数impl_func2中的func()属于非依赖名称。编译器在处理Derived的定义时，会立刻查找func()的具体实现，但此时Interface<Derived>::func()的模板实现（写在Derived类之后）还未被编译器看到，所以编译器认为func()是未定义的，无法用于常量表达式初始化，从而报错。

为何替换为impl_func()可行？ #

impl_func()是基类Default<Derived>的成员函数，在Derived的定义阶段，基类的成员已经完全可见，编译器能直接找到impl_func()的定义，因此可以作为常量表达式使用。

为何显式指定作用域也无效？ #

即使写成Derived::func()或Default<Derived>::func()，在Derived类的定义阶段，Interface<Derived>::func()的模板实现仍然处于类定义的后面，编译器无法提前看到这个函数的具体实现，依然无法确认它是有效的常量表达式函数，所以还是会报错。

内容的提问来源于stack exchange，提问作者ktqq99