constexpr 是否暗示 noexcept？

Question

constexpr 说明符是否暗示函数的 noexcept 说明符？ Answer 到 the similar question 对 inline 说明符说“是”，但 Eric Niebler's article 让我想知道当前问题的可能答案。在我看来，答案可能取决于使用 constexpr 函数的上下文：它是常量表达式上下文还是运行时上下文，即函数的所有参数在编译时是否已知。

我预计答案是“是”，但simple check 表明事实并非如此。

constexpr
bool f(int) noexcept
{
    return true;
}

constexpr
bool g(int)
{
    return true;
}

static_assert(noexcept(f(1)));
static_assert(noexcept(g(2))); // comment this line to check runtime behaviour

#include <cassert>
#include <cstdlib>

int
main(int argc, char * [])
{
    assert(noexcept(f(argc)));
    assert(noexcept(g(argc)));
    return EXIT_SUCCESS;
}

Answer 1

It is said 中的noexcept 那个：

如果表达式包含 [...] 调用任何类型的没有非抛出异常规范的函数，则结果为 false，除非它是常量表达式。

另外，关于constexpr、it is true 那：

noexcept 运算符对于常量表达式始终返回 true

在任何情况下，它似乎都不会暗示 constexpr 说明符会强制为被包围的表达式使用 noexcept 说明符，正如有人在 cmets 中用反例展示的那样，您也已验证。

无论如何，从文档中，关于noexcept 和constexpr 之间的关系有以下有趣的注释：

因为 noexcept 运算符对于常量表达式总是返回 true，所以它可用于检查 constexpr 函数的特定调用是否采用常量表达式分支

编辑：GCC 示例

感谢@hvd 就我最后的报价与 GCC 提出了有趣的评论/示例。

constexpr int f(int i) {
    return i == 0 ? i : f(i - 1);
}

int main() {
    noexcept(f(512));
    return noexcept(f(0)) == noexcept(f(0));
}

上面的代码返回0，并警告noexcept(f(512))语句无效。
注释掉应该没有效果的语句，返回值变为1。

编辑：clang 上的已知错误

再次感谢@hvd 也提供了this 链接，这是clang 中关于问题中提到的代码的一个众所周知的错误。

引用错误报告：

C++之书，[expr.unary.noexcept]p3：

"如果在潜在求值上下文中表达式包含对函数、成员函数、函数指针或没有非抛出的成员函数指针的潜在求值调用，则 noexcept 运算符的结果为假异常规范 (15.4)，除非调用是常量表达式 (5.19)"。

我们没有实现最后一个短语。

Answer 2

不，一般情况下不会。

可以在允许抛出异常的非 constepr 上下文中调用 constexpr 函数（当然，除非您手动将其指定为 noexcept(true)）。

但是，作为常量表达式的一部分（例如在您的示例中），它应该表现得好像指定为 noexcept(true) （当然，如果表达式的评估会导致抛出异常，这可以' t 导致调用std::terminate，因为程序尚未运行，而是导致编译时错误）。

正如我所料，您的示例不会使用 MSVC 和 g++ 触发静态断言。我不确定这是clang中的错误还是我误解了标准中的某些内容。

Answer 3

您可以在 constexpr 函数中抛出异常。它被设计成这样，实现者可以向编译器指示错误。假设你有以下功能：

constexpr int fast_sqrt(int x) {
    return (x < 0) ? throw invalid_domain() : fast_sqrt_impl(x);
}

在这种情况下，如果 x 为负，我们需要立即停止编译并通过编译器错误向用户指出问题。这遵循了编译器错误优于运行时错误（快速失败）的想法。

C++ 标准在 (5.20) 中这样说：

条件表达式 e 是核心常量表达式，除非 e 的求值遵循 抽象机器（1.9），将评估以下表达式之一：

——一个 throw 表达式 (5.17)

Answer 4

不，这不可能，因为不是每次调用 constexpr 函数都必须能够作为核心常量表达式的子表达式进行评估。我们只需要一个允许这一点的参数值。所以一个 constexpr 函数可以包含一个 throw 语句，只要我们有一个不调用那个分支的参数值。

这在草案 C++14 标准部分 7.1.5 constexpr 说明符 [dcl.constexpr] 中进行了介绍，它告诉我们 constexpr 函数中允许的内容：

constexpr 函数的定义应满足以下约束：

• 不应是虚拟的 (10.3)；

• 它的返回类型应该是一个字面量类型；

• 它的每个参数类型都应该是文字类型；

• 它的函数体应该是=delete，=default，或者一个不包含的复合语句

  • asm 定义，

  • goto 语句，

  • 一个try-block，或者

  • 非文字类型或静态或线程存储持续时间的变量的定义，或 不执行初始化。

正如我们所见，它并没有禁止 throw，事实上，自从 Relaxing constraints on constexpr functions 提案成为 C++14 的一部分以来，它几乎没有禁止。

下面我们看到的规则是，如果至少存在一个参数值，那么 constexpr 函数就是格式良好的，这样它就可以作为核心常量表达式的子表达式进行评估：

对于非模板、非默认的 constexpr 函数或非模板、非默认、非继承 constexpr 构造函数，如果不存在参数值，则调用函数或构造函数 可能是核心常量表达式 (5.19) 的求值子表达式，程序格式错误；不 需要诊断。

在本段下方，我们有以下示例，它显示了此案例的完美示例：

constexpr int f(bool b)
  { return b ? throw 0 : 0; } // OK
constexpr int f() { return f(true); } // ill-formed, no diagnostic required

所以我们期望以下示例的输出：

#include <iostream>

constexpr int f(bool b)   { return b ? throw 0 : 0; } 

int main() {
    std::cout << noexcept( f(1) ) << "\n" 
              << noexcept( f(0) ) << "\n" ; 
}

成为（see it live with gcc）：

 0
 1

Visual Studio 通过webcompiler 也产生相同的结果。正如 hvd 所指出的，clang 存在错误报告 noexcept should check whether the expression is a constant expression 中记录的错误。

缺陷报告 1129

Defect report 1129: Default nothrow for constexpr functions 提出同样的问题：

constexpr 函数不允许通过异常返回。应该认识到这一点，并且应该将声明为 constexpr 且没有明确异常规范的函数视为声明为 noexcept(true) 而不是通常的 noexcept(false)。对于声明为 constexpr 且没有显式异常规范的函数模板，当且仅当在给定实例化上遵守 constexpr 关键字时，才应将其视为 noexcept(true)。

得到的回应是：

前提不正确：只有在需要常量表达式的上下文中调用 constexpr 函数时才禁止异常。作为普通函数使用，可以抛出。

并修改了 5.3.7 [expr.unary.noexcept] 第 3 段第 1 条（添加强调）：

对没有非抛出异常规范 (15.4 [except.spec]) 的函数、成员函数、函数指针或成员函数指针的潜在评估调用，除非调用是常量表达式（5.20 [expr.const]），