将 constexpr 引用绑定到不同类型的变量时出错

Question

在C++中众所周知，初始化引用时，类型必须匹配。所以下面的代码片段会导致错误（全局范围内，下同）：

unsigned i; 
int & p = i;  // error

但是对 const 的引用有一个例外，因此以下在允许类型转换的情况下是正确的：

unsigned i; 
const int & p = i;  // ok

但是如果我将

p

定义为

constexpr

，就会出现编译错误：

unsigned i; 
constexpr const int & p = i;  // error: the value of 'i' is not usable in a constant expression

错误消息说

i

不是 const，我认为这是无关紧要的，因为如果我将类型从有符号更改为无符号，即没有类型转换，则不会出现编译错误：

unsigned i; 
constexpr const unsigned & p = i;

const

这里可以省略。

所以，看来是类型转换导致了

中的编译错误

unsigned i; 
constexpr const int & p = i;  // error

但我不确定。你能告诉我什么 C++ 标准规则导致了这个错误吗？我在 C++20 下在 GCC 和 MSVC 中测试了上述代码。

Answer 1

这部分：

unsigned i; 
int& p = i;

..无法编译，因为它需要将左值引用绑定到将

unsigned

转换为

int

时具体化的临时值。详情可以参考dcl.init.ref#5.2：

否则，如果引用是对非 const 限定或 volatile 限定的类型的左值引用，则程序格式错误。

同时，C++ 允许将

const

引用绑定到这样的临时对象，因此这可以正常工作：

unsigned i; 
const int& p = i;

这部分内容由 dcl.init.ref#5.4.2:

涵盖

否则，初始化表达式将隐式转换为

T1

类型的纯右值。应用临时物化转换，考虑纯右值的类型为

cv1 T1

，并且引用绑定到结果。

但是，当使用

constexpr

时，您应该提供一个常量表达式，在这种情况下不满足：

unsigned i; 
constexpr const int& p = i;

如果在常量表达式中使用引用，则应按照 expr.const#14:

直接绑定它们

T

类型的转换常量表达式是一个表达式，隐式转换为

T

类型，其中转换后的表达式是常量表达式，隐式转换序列仅包含

...

以及引用绑定（如果有）直接绑定的位置。

当发生隐式转换时，无法进行直接限制，如 dcl.init.ref#5:

在除最后一种情况之外的所有情况下（即，将初始化表达式隐式转换为引用类型），引用被称为直接绑定到初始化表达式。

但是将常量表达式引用绑定到非临时全局变量仍然可以，因为它不涉及任何临时变量，所以编译得很好：

unsigned i; 
constexpr const unsigned& p = i;