通过使用 constexpr 参数调用 constexpr 函数来初始化静态存储变量

Question

我有以下无限递归

constexpr

函数：

constexpr int foo(int x) {
    return foo(x + 1);
}

然后我发现

int main() {
    static int x = foo(5);
    static int y = std::integral_constant<int, foo(5)>::value;
    static constinit int z = foo(5);
}

由于编译时无限递归，编译器（GCC13，在 Ubuntu 22.04 上）报告

y

和

z

的初始化错误，但

x

没有错误。如果我们删除

y

和

z

的声明然后运行程序，就会导致地址边界错误。

这里

5

是一个常量表达式，但是

x

和

foo(5)

的初始化不是在编译时执行的。为什么？

更重要的是，我尝试修改

foo

：

constexpr int foo(int x) {
    if (std::is_constant_evaluated())
        return 42;
    return foo(x + 1);
}

然后我发现

x

被初始化为42，没有编译时或运行时无限递归，说明这次是在编译时发生的。

那么，

foo(5)

的初始化器

x

是否在编译时评估？这个初始化是静态初始化还是动态初始化？实际规则是什么？

而且，我也不太熟悉

constinit

。使用

y

初始化

std::integral_constant

的原因是我们要确保静态初始化。我可以说写作

constinit

始终是一种安全且现代的替代方案吗？

Answer 1

当且仅当

static int

变量

x

的初始值设定项 (

foo(5)

) 是常量表达式时，它才会被常量初始化。如果不是常量初始化，则进行动态初始化。

[expr.const]/2，强调我的：

变量或临时对象 o 是 常量初始化 if

• 它有一个初始化程序或其默认初始化会导致执行一些初始化，并且
• 当解释为常量表达式时，其初始化的完整表达式是常量表达式，但如果 o 是一个对象，则该完整表达式也可以调用 o 及其子对象的 constexpr 构造函数，即使这些对象是非文字类类型。
  [注2： 这样的类可以有一个不平凡的析构函数。在此评估中，std::is_constant_evaluated() ([meta.const.eval]) 返回 true。 — 尾注]

[基本.开始.静态]/2:

如果具有静态或线程存储持续时间的变量或临时对象被常量初始化（[expr.const]），则执行

常量初始化。 [...] 零初始化和常量初始化一起称为“静态初始化”；所有其他初始化都是动态初始化。

并且

constinit

是确保静态初始化的正确方法。

[dcl.constinit]/2

:

如果使用

constinit

说明符声明的变量具有动态初始化 ([basic.start.dynamic])，则程序的格式不正确，即使实现将该初始化作为静态初始化执行 ([basic.start.static] ]).