来自不同翻译单元的 consteval 函数会干扰吗？

Question

我试图深入研究 inline 函数的含义，并偶然发现了这个问题。考虑这个小程序（demo）：

/* ---------- main.cpp ---------- */
void other();

constexpr int get()
{
    return 3;
}

int main() 
{
    std::cout << get() << std::endl;
    other();
}

/* ---------- other.cpp ---------- */
constexpr int get()
{
    return 4;
}

void other()
{
    std::cout << get() << std::endl;
}

在没有优化的情况下编译时，程序会产生以下输出：

3
3

这可能不是我们想要的，但至少我可以解释。

1. 编译器不需要在编译时计算constexpr 函数的结果，因此它决定将其推迟到运行时。
2. constexpr 函数暗示 inline
3. 我们的 get() 函数恰好有不同的实现
4. 我们没有将 get() 函数声明为静态
5. 链接器只能选择get() 函数的一种实现

碰巧链接器从main.cpp中选择了get()，返回3。

现在到我不明白的部分。我只是将get() 函数从constexpr 更改为consteval。现在编译器需要在编译期间计算该值，即在链接时间之前（对吗？）。我希望 get() 函数根本不会出现在目标文件中。

但是当我运行它时 (demo)，我的输出完全相同！这怎么可能？.. 我的意思是，我知道这是未定义的行为，但这不是重点。为什么应该在编译时计算的值会干扰其他翻译单元？

UPD：我知道这个功能is listed as unimplemented in clang，但问题仍然适用。是否允许符合标准的编译器表现出这种行为？

Answer 1

具有相同内联函数的两个定义的程序是格式错误的程序，不需要诊断。

该标准对格式错误的程序的运行时或编译时行为没有任何要求。

现在，C++ 中没有您想象的“编译时间”。虽然几乎每个 C++ 实现都会编译文件、链接它们、构建二进制文件然后运行它，但 C++ 标准对这一事实采取了措施。

它讨论了翻译单元，以及将它们组合到一个程序中会发生什么，以及该程序的运行时行为是什么。

...

实际上，您的编译器可能正在构建从符号到某个内部结构的映射。它正在编译您的第一个文件，然后在第二个文件中它仍在访问该地图。同一个内联函数的新定义？跳过它。

其次，您的代码必须生成编译时常量表达式。但是编译时常量表达式在您使用它的上下文中不是可观察的属性，并且在链接甚至运行时执行它没有副作用！而且好像没有什么可以阻止它。

consteval 是说“如果我运行它并且违反了允许它成为常量表达式的规则，我应该出错而不是退回到非常量表达式”。这类似于“必须在编译时运行”，但又不一样。

要确定发生了哪些情况，请尝试以下操作：

template<auto x>
constexpr std::integral_constant< decltype(x), x > constant = {};

现在将您的打印行替换为：

std::cout << constant<get()> << std::endl;

这使得推迟运行/链接时间的评估变得不切实际。

这将区分“编译器很聪明并缓存get”和“编译器稍后在链接时对其进行评估”，因为确定要调用哪个ostream& <<需要实例化constant<get()>的类型，其中转需要评估get()。

编译器往往不会将重载解决方案推迟到链接时间。

Answer 2

consteval 函数的要求是每次调用它都必须产生一个常量表达式。

一旦编译器确信调用确实产生了一个常量表达式，它就不必对函数进行代码生成并在运行时调用它。当然，对于某些consteval 函数（例如那些为反射而设想的函数）最好不要这样做（至少如果它不想将其所有内部数据结构放入目标文件中），但这不是一般要求.

未定义的行为是未定义的。

Answer 3

对此的答案是，无论函数是 constexpr 还是 consteval，它仍然是 ODR 违规。也许使用特定的编译器和特定的代码，您可能会得到您期望的答案，但它仍然是错误的，不需要诊断。

你可以做的是在匿名命名空间中定义它们：

/* ---------- main.cpp ---------- */
void other();

namespace {
    constexpr int get()
    {
        return 3;
    }
}

int main() 
{
    std::cout << get() << std::endl;
    other();
}

/* ---------- other.cpp ---------- */
namespace {
    constexpr int get()
    {
        return 4;
    }
}

void other()
{
    std::cout << get() << std::endl;
}

但更好的是，只需使用模块：

/* ---------- main.cpp ---------- */
import other;

constexpr int get()
{
    return 3;
}

int main() 
{
    std::cout << get() << std::endl; // print 3
    other();
}

/* ---------- other.cpp ---------- */
export module other;

constexpr int get() // okay, module linkage
{
    return 4;
}

export void other()
{
    std::cout << get() << std::endl; // print 4
}