在constexpr函数中使用new关键字创建对象的可行性及编译错误排查咨询

你好，咱们来好好拆解你遇到的这个问题——你尝试在constexpr上下文中用new创建对象，但碰到了好几个编译错误，先从你的代码和具体报错说起：

首先是你写的代码：

#include <random>

struct Buffer {
    int size;
    int* data;

    constexpr Buffer(int n) : size(n), data(new int[n]) {
        for (int i = 0; i < n; ++i)
            data[i] = i;
    }

    constexpr ~Buffer() {
        delete[] data;
    }

    constexpr int get(int i) const {
        return data[i];
    }

    static constexpr Buffer Create(int n) {
        Buffer buf(n);
        // ...
        return buf;
    }
};

constexpr void test(int d) {
    Buffer b2(d);
}

int main() {
    constexpr Buffer b = Buffer::Create(4);
    constexpr Buffer b2(43); // also does not compile: error: ‘Buffer(43)’ is not a constant expression because it refers to a result of ‘operator new’
    test(rand()); // This is Ok
}

你遇到的编译错误主要有两个：

• 当创建constexpr Buffer b = Buffer::Create(4);时，编译器报错：

  aa.cpp: In function ‘int main()’:
  aa.cpp:23:39: in ‘constexpr’ expansion of ‘((Buffer*)(& b))->Buffer::~Buffer()’
  aa.cpp:10:36: error: deallocation of already deallocated storage
  10 | constexpr ~Buffer() { delete[] data; }
  

• 当创建constexpr Buffer b2(43);时，报错：

  error: ‘Buffer(43)’ is not a constant expression because it refers to a result of ‘operator new’
  

核心问题：constexpr与动态内存分配的标准限制 #

说白了，这都是C++标准对constexpr上下文的内存管理规则导致的：

• C11到C17版本：完全禁止在常量表达式里用new和delete，这也是第二个错误的直接原因——标准明确规定，常量表达式不能依赖operator new的结果。
• C++20及之后：虽然放开了一点限制，允许在constexpr里用动态内存，但规则特别严：在同一个常量表达式求值过程中分配的内存，必须在这个表达式求值结束前完全释放。也就是说，你绝对不能让一个constexpr对象持有编译时分配的动态内存，因为这部分内存的生命周期只在编译阶段，而constexpr对象会活到运行时，这就会导致内存访问的矛盾。

再看你代码里的具体问题：

1. 重复释放的错误：在Create函数里，你创建了局部的Buffer buf(n);然后返回它。在C17之前会触发拷贝构造，原对象的析构函数先释放内存，返回的对象析构时又会释放同一块内存；就算C17的NRVO优化避免了拷贝，constexpr对象的析构会在编译时执行，而你想让这个对象把内存带到运行时，这违反了C++20的限制，所以编译器报了重复释放的错。
2. test(rand());能跑的原因：这里test虽然是constexpr函数，但你是在运行时上下文调用它的（rand()的结果是运行时才确定的），所以new和delete都是普通的运行时操作，完全符合常规的内存管理规则，因此不会报错。

可行的替代方案 #

如果你需要在编译时搞类似的缓冲区，给你两个思路：

• 用std::array代替动态分配：如果缓冲区大小是编译时已知的，std::array对constexpr非常友好，完全符合常量表达式的要求。
• 要是你用的是C++20及以后，非得在constexpr函数里用动态内存，那一定要确保分配和释放都在同一个constexpr表达式里完成，别让持有动态内存的对象离开这个上下文。比如在constexpr函数内部分配内存、处理完就立刻释放，别把带动态内存的对象返回给constexpr变量。

内容来源于stack exchange