用 const 初始化 constexpr：int 和 double 的不同处理

Question

以下代码编译失败live on Ideone：

#include <iostream>
using namespace std;

int main() {
    const double kPi = 3.14;
    constexpr double kPi2 = 2.0*kPi;
    cout << kPi2;
}

错误信息是：

prog.cpp: In function 'int main()':
prog.cpp:6:30: error: the value of 'kPi' is not usable in a constant expression
  constexpr double kPi2 = 2.0*kPi;
                              ^
prog.cpp:5:15: note: 'kPi' was not declared 'constexpr'
  const double kPi = 3.14;

用constexpr、it compiles successfully 替换kPi 的const 声明。

另一方面，当使用int 代替double 时，看起来就像const plays well 和constexpr：

#include <iostream>
using namespace std;

int main() {
    const int k1 = 10;
    constexpr int k2 = 2*k1;
    cout << k2 << '\n';
    return 0;
}

为什么int 和double 在用const 初始化constexpr 时得到不同的处理？
这是 Ideone 编译器中的错误吗？这是 C++ 标准所要求的吗？这是为什么呢？
上面的代码是UB吗？

P.S.我尝试使用 Visual Studio 2015 C++ 编译器，它编译了第一个代码 sn-p（用 const 初始化 constexpr）就好了。

Answer 1

对于在编译时计算的 constexpr，在该 constexpr 的初始化中使用的所有内容也必须在编译时可计算。 如果您将某些内容声明为 const，这并不意味着该值将在编译时可用。

采取以下行：

const double dbl = 2.;

标准未指定double 的表示形式，因此操作系统必须处理此问题。因此，当您的程序被操作系统加载时，您的二进制文件中有一个特殊的汇编子例程可以实现这一点。 如果您使用int，则表示由标准指定，因此编译器将知道如何使用它。然而，同样可以通过将double 设为constexpr 来实现，因此编译器将在编译时计算它。在这种情况下，double 也将是 const（你不能在不创建 constexpr 的情况下创建 const）。

所以这会起作用：

constexpr double kPi = 3.14;
constexpr double kPi2 = 2.0*kPi;

如果您使用 int，编译器将在编译时设置该 const 的值，以便 constexpr 起作用。

请记住，在某些情况下，不同的编译器可以将 const 解释为 constexpr 并使其工作。但这不是标准的一部分。

Answer 2

Shafik Yaghmour 已经提供了link explaining the background。

由于我必须维护必须使用不同标准编译的代码，我使用以下宏：

#if __cplusplus <= 199711L  // lower than C++11
  #define MY_CONST const
#else // C++11 and above
  #define MY_CONST constexpr
#endif

Answer 3

规则：“constexpr 必须在编译时进行评估”。

让我们看看下面的代码（通用示例）；

    const double k1 = size_of_array(); 

k1 是常量，它的初始化器的值是未知的编译时间，但它的初始化器直到 运行时 是已知的，所以 k1 不是常量表达式。因此，一个 const 变量不是 constexpr。

但是编译器看到这些代码：

    const int k1 = 10;  
    constexpr int k2 = 2*k1;

出现一个异常。 constexpr 整数值可用于需要 const 整数的任何地方，例如在模板参数和数组声明中 [1]。

您可以从以下链接获得更多信息：

1. Constexpr - Generalized Constant Expressions in C++11
2. const vs constexpr on variables | stackoverflow
3. Difference between constexpr and const | stackoverflow