constexpr是否暗示noexcept

Does constexpr imply noexcept?

本文关键字：noexcept 暗示 是否 constexpr      更新时间：2023-10-16

constexpr说明符是否意味着函数的noexcept说明符？对于inline说明符，类似问题的答案是肯定的，但Eric Niebler的文章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。

我原以为答案是"是"，但简单的检查表明事实并非如此。

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;
}

不，情况不可能是这样，因为不是constexpr函数的每个inovacation都必须能够被计算为核心常量表达式的子表达式。我们只需要一个允许这样做的参数值。因此，只要我们有一个不调用该分支的参数值，constexpr函数就可以包含throw语句。

这在草案C++14标准部分7.1.5中介绍。constexpr说明符[dcl.constexpr]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：

  • 它不应是虚拟的（10.3）；

  • 其返回类型应为文字类型；

  • 其每个参数类型应为文字类型；

  • 其函数体应为=删除、=默认或不包含的复合语句

    • asm定义，

    • goto声明

    • 试块，或

    • 非文字类型变量、静态变量或线程存储持续时间变量的定义不执行初始化。

正如我们所看到的，这并没有禁止CCD_。

下面我们看到的规则是，如果至少存在一个参数值，那么constexpr函数的形式就很好，这样它就可以被计算为核心常量表达式的子表达式：

对于非模板、非默认的constexpr函数或非模板、无默认、无继承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，则程序格式错误；不需要诊断。

在这段下面，我们有下面的例子，它展示了这种情况的一个完美例子：

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

因此，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（看到它与gcc一起生活）：

 0
 1

Visual Studio通过网络编译器也会产生相同的结果。正如hvd所指出的，clang有一个bug，正如bug报告所记录的那样。noexcept应该检查表达式是否是常量表达式。

缺陷报告1129

缺陷报告1129：constexpr函数的默认nothrow提出了相同的问题：

constexpr函数不允许通过异常返回。应该认识到这一点，并且在没有显式异常规范的情况下声明为constexpr的函数应该被视为声明为noexcept（true），而不是通常的noxcept（false）。对于在没有显式异常规范的情况下声明为constexpr的函数模板，当且仅当给定实例化中遵守constexpr关键字时，应将其视为noexcept（true）。

结果是：

前提是不正确的：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。作为一个普通函数，它可以抛出。

它修改了5.3.7[expr.unary.noexcept]第3段第1项（添加了强调）：

函数、成员函数、函数指针或成员函数指针的潜在求值调用80，该调用没有非抛出异常规范（15.4[ixcept.spec]），除非该调用是常量表达式（5.20[expr.const]），

关于noexcept，有人说：

如果表达式包含对任何没有非抛出异常规范的函数类型的[…]调用，则结果为false，除非它是常量表达式。

此外，关于constexpr，确实：

对于常量表达式，noexcept运算符总是返回true

在任何情况下，这似乎都不意味着constexpr说明符强制为被包围的表达式使用noexcept说明符，正如有人在评论中用反例显示的那样，您也验证了这一点。

不管怎样，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，所以它可以用于检查constexpr函数的特定调用是否采用常量表达式分支

EDIT:GCC示例

感谢@hvd对GCC关于我最后一句话的有趣评论/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，并警告语句noexcept(f(512))无效
在注释掉该语句时，返回值将更改为1。

编辑：clang上的已知错误

同样，感谢@hvd提供了这个链接，这是关于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：

引用C++的书[expr.unary.noexcept]p3:

"如果在可能求值的上下文中，表达式将包含对没有非抛出异常规范（15.4）的函数、成员函数、函数指针或成员函数指针的可能求值调用，则noexcept运算符的结果为false，除非该调用是常量表达式（5.19）"；。

我们不执行最后一句话。

允许在constexpr函数中引发异常。它是这样设计的，以便实现者可以向编译器指示错误。假设您具有以下功能：

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为负数，我们需要立即停止编译，并通过编译器错误向用户指示问题。这遵循了编译器错误比运行时错误（快速失败）更好的思想。

C++标准在（5.20）：中说明了这一点

条件表达式e是核心常量表达式，除非根据抽象机（1.9），将评估以下表达式之一：

--抛出表达式（5.17）

不，通常不会。

constexpr函数可以在允许抛出异常的非constepr上下文中调用（当然，如果手动将其指定为noexcept(true)，则除外）。

但是，作为常量表达式的一部分（例如在您的示例中），它的行为应该像指定为noexcept(true)一样（当然，如果表达式的求值会导致抛出异常，这不会导致对std::terminate的调用，因为程序尚未运行，而是会导致编译时错误）。

正如我所料，您的示例不会触发MSVC和g++的静态断言。我不确定，这是clang中的错误还是我对标准中的某些内容理解错误。

相关文章：