【问题标题】：constexpr and undefined behaviorconstexpr 和未定义的行为
【发布时间】：2019-09-12 15:15:44
【问题描述】：

此代码在 GCC 8 中编译，但在 GCC 7 和 clang 中均不编译。

constexpr int a = 1;
constexpr int b = --const_cast<int&>(a);

这显然是 UB。

我的问题：关于评估包含 UB 的 constexpr，标准语言怎么说 - 这段代码是否应该编译？

【问题讨论】：

为什么这是 UB 对我来说不是很明显？你能引用适用的标准部分吗？
@SergeyA 这就是问题所在。 OP 正在询问标准的哪一部分说这是 UB。
@FrançoisAndrieux 这不是我的阅读方式。 OP 说：“这显然是 UB。” 对我来说，这不是问题，而是 OP 的声明。
@SergeyA 您不能修改 const 对象，但这正是 --const_cast<int&>(a) 所做的。
据我所知constexpr 暗示const，因此您正在修改const 引用，这是未定义的行为。见stackoverflow.com/questions/25209838/…

标签： c++ language-lawyer undefined-behavior constexpr

【解决方案1】：

GCC 8 错误

constexpr 编译时表达式中的所有未定义行为使表达式在编译时不求值（基本上不是 consteval，使用基本上具有该含义的新关键字）。

初始化constexpr 实际上需要consteval 表达式。

如果你做的是 UB（我相信是），我不会说明，但如果是 UB，那么它不应该编译。

我会看看能不能找到标准的引用来支持这些断言；但这里不需要棘手的language-lawyering。只是一个简单的原则：在编译时表达式评估期间的编译时，编译器必须审核它为 UB 运行的代码，如果它们运行到 UB（再次，在编译时），则表达式不再是编译时表达式。

【讨论】：

对于它的价值，VC++ 抱怨“错误 C2131：表达式未计算为常量”关于如何初始化 b。
@pqnet 如果计算表达式，则表达式包含 UB，因此它不是 consteval，您必须使用 consteval 初始化 constexpr。结果程序中没有“UB”，只是一个格式错误的程序。实际上，在编译时，编译器必须为 UB 审核所有内容，并且不能让您在编译时运行 UB。
@pqnet 要求constexpr 中没有 UB，所以在这种情况下它被拒绝了。
是的，这段代码格式不正确。有人应该针对 GCC 8 提交错误。
@FrançoisAndrieux 如果 C++ 编译器可以证明不能阻止程序的所有执行导致 UB，那么它可以将“输出程序”替换为纸质标志（或其他任何它想要的)，包括无法执行的内容（例如打印到控制台的错误消息）。

【解决方案2】：

此代码格式错误，GCC 8 和 9 不正确，无法给出诊断。

[expr.const]（C++17 第 2 段，current C++20 draft paragraph 4）：

表达式e 是一个核心常量表达式，除非e 的计算遵循抽象机的规则，将计算以下表达式之一：

...

本国际标准的 [intro] 至 [cpp] 条款中规定的具有未定义行为的操作；

...

对象的修改，除非将其应用于文字类型的非易失性左值，该左值引用一个非易失性对象，该对象的生命周期在 e 的评估中开始；

...

“子句 [intro] 到 [cpp]”也称为核心语言规范。

[expr.const]（C++17 第 5 段，current C++20 draft paragraph 10）：

常量表达式要么是一个泛左值核心常量表达式，它引用一个作为常量表达式（如下定义）的允许结果的实体，要么是一个纯右值核心常量表达式，其值满足以下约束：

“以下约束”仅适用于类类型、数组类型或指针类型的值。

[dcl.constexpr]（C++17 第 9 段，current C++20 draft paragraph 10）：

在任何constexpr 变量声明中，初始化的完整表达式应为常量表达式。

表达式--const_cast<int&>(a); 不是核心常量表达式，因此不是常量表达式，这既是因为它的求值将具有未定义的行为，而且因为它修改了一个生命周期未在求值中开始的对象。 “shall”语句（除非与“不需要诊断”结合使用）意味着当程序违反它时，实现必须打印诊断消息（例如错误或警告）。

【讨论】：