下标时是否必须使用 constexpr 数组？

Question

给定以下代码：

struct A { static constexpr int a[3] = {1,2,3}; };

int main () {
  int a = A::a[0];
  int b  [A::a[1]];
}

A::a 一定是odr-used 在int a = A::a[0] 中吗？

---

^{注意：这个问题代表了a debate in the Lounge的一个不那么火爆/不合逻辑/无穷无尽的版本。}

Answer 1

第一次使用A::a：

int a = A::a[0];

初始值设定项是一个常量表达式，但这并不能阻止A::a 在这里被odr-used。而且，确实，A::a 被这个表达式odr-used。

从表达式A::a[0]开始，我们来看看[basic.def.odr](3.2)/3（对于未来的读者，我使用的是N3936中的措辞）： p>

一个变量x [在我们的例子中，A::a]，其名称显示为一个潜在的评估表达式 ex [在我们的例子中，id-expression A::a] 是 odr-used 除非

• 将左值到右值的转换应用到x 会产生一个常量表达式 [确实如此] 不调用任何重要函数 [它不] 并且，

• 如果x 是一个对象[它是]，

  • ex 是表达式e 的潜在结果 集合中的一个元素，其中左值到右值的转换应用于e，或者e 是丢弃的-价值表达。

那么：e 的可能值有哪些？表达式的潜在结果集是该表达式的一组子表达式（您可以通过阅读 [basic.def.odr](3.2)/2 来检查这一点)，所以我们只需要考虑 ex 是子表达式的表达式。它们是：

A::a
A::a[0]

其中，左值到右值的转换不会立即应用于A::a，因此我们只考虑A::a[0]。根据 [basic.def.odr](3.2)/2，A::a[0] 的潜在结果集是空的，因此 A::a 是 odr-used表达。

现在，您可以争辩说我们首先将A::a[0] 重写为*(A::a + 0)。但这并没有改变：e 的可能值是

A::a
A::a + 0
(A::a + 0)
*(A::a + 0)

其中，只有第四个应用了左值到右值的转换，并且再次，[basic.def.odr](3.2)/2 表示这组潜在结果*(A::a + 0) 为空。特别要注意，数组到指针的衰减不是左值到右值的转换 ([conv.lval](4.1))，即使它转换了数组左值到指针右值——这是数组到指针的转换（[conv.array](4.2)）。

第二次使用A::a：

int b  [A::a[1]];

根据标准，这与第一种情况没有什么不同。同样，A::a[1] 是一个常量表达式，因此这是一个有效的数组绑定，但仍然允许编译器在运行时发出代码来计算这个值，并且数组绑定仍然 odr-uses @ 987654350@.

请特别注意，常量表达式（默认情况下）是可能求值的表达式。根据[basic.def.odr](3.2)/2：

一个表达式可能被计算，除非它是一个未计算的操作数（第 5 条）或其子表达式。

[expr](5)/8 只是将我们重定向到其他子条款：

在某些情况下，会出现未计算的操作数（5.2.8、5.3.3、5.3.7、7.1.6.2）。未计算的操作数不会被计算。

这些子条款说（分别）某些typeid 表达式的操作数、sizeof 的操作数、noexcept 的操作数和decltype 的操作数是未计算的操作数。没有其他类型的未计算操作数。

Answer 2

是的，A::a 已使用过。

在C++11中，相关的写法是3.2p2 [basic.def.odr]：

[...] 名称作为潜在求值表达式出现的变量是odr-used，除非它是一个满足出现在常量表达式（5.19）中的要求并且立即应用左值到右值转换 (4.1)。 [...]

变量 A::a 的名称出现在声明 int a = A::a[0] 中，在完整表达式 A::a[0] 中，这是一个潜在的求值表达式。 A::a 是：

• 一个对象
• 满足出现在常量表达式中的要求

但是，左值到右值的转换不会立即应用于A::a；它应用于表达式A::a[0]。实际上，左值到右值的转换可能不适用于数组类型 (4.1p1) 的对象。

所以A::a 是odr-used。

---

自 C++11 起，规则有所拓宽。 DR712 是否“使用了条件表达式的整数常量操作数？”引入了表达式的潜在结果集的概念，这允许诸如x ? S::a : S::b 之类的表达式避免odr-use。然而，虽然潜在结果集尊重条件运算符和逗号运算符等运算符，但它不尊重索引或间接；所以A::a 在 C++14 的当前草案中仍然是odr-used（截至日期为 n3936）。

[我相信这是 Richard Smith 的回答的浓缩版，但没有提到自 C++11 以来的变化。]

在When is a variable odr-used in C++14?，我们讨论了这个问题以及可能对第 3.2 节的措辞进行更改，以允许对数组进行索引或间接处理以避免odr-use。

Answer 3

不，它不是odr-used。

首先，您的数组及其元素都是 literal 类型：

[C++11: 3.9/10]: 一个类型是文字类型，如果它是：

• 标量类型；或
• 类类型（第 9 条）与
• 一个简单的复制构造函数，
• 没有重要的移动构造函数，
• 一个微不足道的析构函数，
• 一个普通的默认构造函数或至少一个除复制或移动构造函数之外的 constexpr 构造函数，以及
• 文字类型的所有非静态数据成员和基类；或
• 文字类型的数组。

现在我们查找 odr-used 规则：

[C++11: 3.2/2]: [..] 名称显示为潜在求值表达式的变量或非重载函数是odr-used，除非它是一个对象满足出现在常量表达式 (5.19) 中的要求，并立即应用左值到右值转换 (4.1)。 [..]

这里我们提到了关于常量表达式的规则，其中不包含任何禁止你的初始化器成为常量表达式的内容；相关段落是：

[C++11: 5.19/2]: 条件表达式是一个常量表达式，除非它涉及以下之一作为潜在的求值子表达式[..]：：强>

• [..]
• 左值到右值的转换 (4.1)，除非它应用于
  • 整数或枚举类型的左值，它引用具有先前初始化、使用常量表达式初始化的非易失性 const 对象，或
  • 字面量类型的左值，指的是用constexpr 定义的非易失性对象，或指此类对象的子对象，或
  • 字面量类型的左值，指的是用常量表达式初始化的非易失性临时对象；
• [..]

^{（不要被产生式的名字吓到，“conditional-expression”：它是constant-expression的唯一产生式，并且因此是我们正在寻找的那个。）}

然后，考虑A::a[0] 与*(A::a + 0) 的等价性，在数组到指针的转换之后，您有一个右值：

[C++11: 4.2/1]: 类型为“NT”或“T 未知边界数组”类型的左值或右值可以转换为“指向T 的指针”类型的右值。结果是指向数组第一个元素的指针。

然后在这个右值上执行你的指针运算，结果也是一个右值，用于初始化a。这里没有任何左值到右值的转换，所以仍然没有违反“出现在常量表达式中的要求”。