constexpr求值是否依赖编译器优化等级？

问题背景 #

代码片段1 #

struct config {
    int x;

    constexpr int multiply() const {
        return x*3;
    }
};

constexpr config c = {.x = 1};

int main() {
    int x =  c.multiply();
    return x;
}

不同编译器的编译行为：

• Clang：-O0优化等级下会生成对multiply()的函数调用；-O1及以上优化等级则在编译期完成求值，无函数调用。
• GCC：无论使用何种优化等级，均会在编译期完成multiply()的求值，不会生成函数调用。

代码片段2（修改main函数） #

int main() {
    constexpr auto y = c.multiply();
    int x =  y;
    return x;
}

Clang的编译行为：无论-O0还是-O1优化等级，均不会生成函数调用，直接将常量3作为栈变量的值。

疑问 #

constexpr求值是否依赖编译器优化等级？预期示例1中的multiply()调用会像GCC那样，在编译期完成constexpr求值。

解答 #

constexpr函数的求值分为两种明确场景，是否依赖优化等级取决于具体场景：

1. 强制编译期求值（与优化等级无关）
   当表达式被用于必须是编译期常量的上下文时（比如初始化constexpr变量、作为模板参数、指定数组大小等），C++标准强制要求编译器在编译期完成求值，不受优化等级影响。
   比如代码片段2中，constexpr auto y = c.multiply();要求y的初始化值必须是编译期常量，因此无论Clang还是GCC，不管优化等级如何，都会直接计算出结果3，不会生成函数调用。

2. 可选编译期求值（受优化等级影响）
   当表达式用于运行期上下文时（比如代码片段1中int x = c.multiply();，x是普通自动变量），C++标准并没有强制要求编译器必须在编译期求值，编译器可以选择在编译期计算结果，或者在运行期调用函数。
   这种情况下，不同编译器的优化策略会导致行为差异：

   • GCC默认在所有优化等级下都会尝试对这类场景做编译期求值
   • Clang在-O0（无优化）时会保留函数调用逻辑，开启优化（-O1及以上）才会触发编译期求值

你的预期是基于GCC的行为，但从标准角度来说，Clang在-O0下的行为也是合规的——只有当上下文明确要求编译期常量时，才会强制求值，其他场景下的编译期求值属于编译器的优化选择。

内容的提问来源于stack exchange，提问作者go2sh