什么决定了 constexpr 函数是否是常量表达式？

Question

（据我所知，使用的编译器是带有 c++17 的 gcc（在 Visual Studio 中很难找到））

#include <iostream>

using namespace std;

void increment( int& v )
{
    ++v;
}

int constexpr f()
{
    int v = 0;
    increment( v );
    return v;
}

int main( )
{
    cout << f( ) << '\n';
}

上面的代码给出了编译错误：

constexpr 函数 'f' 不能产生常量表达式。

据我了解，这是因为该函数increment不是 constexpr。让我困惑的是以下代码编译得很好：

#include <iostream>

using namespace std;

void increment( int& v )
{
    ++v;
}

int constexpr f()
{
    int v = 0;
    for( int i = 0; i < 1; ++i )
    {
        increment( v );
    }   
    return v;
}

int main( )
{
    cout << f( ) << '\n';
}

这段代码在功能上是相同的，它确实可以编译，即使 increment 仍然不是 constexpr。我不明白通过范围 [0, 1) 的 for 循环如何导致编译器意识到该函数f实际上是一个 constexpr。

如果有人可以对 C++ 中的 constexpr 和这种明显的不一致提供一些见解，我将不胜感激。

Answer 1

根据[dcl.constexpr]/6，这两个程序都是“格式错误的，不需要诊断” ：

对于既不是默认值也不是模板的 constexpr 函数或 constexpr 构造函数，如果不存在参数值，使得函数或构造函数的调用可以是核心常量表达式的计算子表达式，或者对于构造函数，则为某些常量初始化对象（[basic.start.static]）的初始化完整表达式，程序格式错误，无需诊断。

gcc 只是没有注意到第二个程序的问题，这有点奇怪，但它仍然符合要求。

请注意，如果f在实际需要常量表达式的上下文中使用，则需要诊断，例如constexpr int n = f();。

有些东西在 constexpr 函数中是不允许的。这些确实需要诊断（通常是错误消息），即使函数从未在常量表达式中使用 - 请参阅cigien 的回答。但问题中的程序不违反任何这些更严格的规则。

Answer 2

由于您不是f在常量表达式中调用，因此您的问题是询问编译器是否需要f仅根据定义来诊断无法在常量表达式中调用的内容。

这里列举了对函数定义的要求：constexpr

constexpr 函数的定义应满足以下要求：

(3.1) 其返回类型（如果有）应为文字类型；

(3.2) 它的每个参数类型都应该是一个文字类型；

(3.3) 不应是协程；

(3.4) 如果函数是构造函数或析构函数，则其类不应有任何虚拟基类；

(3.5) 其功能体不得包含

(3.5.1) goto 语句，

(3.5.2) 标识符标签，

(3.5.3) a definition of a variable of non-literal type or of static or thread storage duration.

As can be seen, the definition of f does not violate any of the requirements in the list. So a compiler is conforming if it chooses not to diagnose this.

As pointed out in aschepler's answer, constexpr functions like f that can't be called in a constant expression, but are not diagnosable as such, are considered ill-formed-no-diagnostic-required.